Tema 2 Bombeo Neumatico 7 Febrero 2013

Bombeo

Neumático

TEMA 2

FEBRERO 2013

Objetivo

El alumno conocerá y aplicará los principios de operación del Bombeo Neumático, así como

los métodos de diseño y evaluación.

Bombeo Neumático:

• Principios de operación.

• Equipo superficial y subsuperficial.

• Ecuaciones que definen el funcionamiento de las válvulas.

• Diseño de aparejos de bombeo neumático continuo.

• Fundamentos del bombeo neumático intermitente.

• Identificación y corrección de fallas.

Contenido del Tema 2

Definición

El Bombeo Neumático Continuo (BNC) es el sistema artificial de

producción más utilizado en nuestro país, ya que

aproximadamente el 50% de los pozos productores están

operado con este sistema, es utilizado en pozos con alto índice

de productividad (>0.5 bl/día/psi) y presiones de fondo altas. El

BNC consiste en inyectar gas a alta presión con la

finalidad de aligerar la columna de fluidos, reduciendo la

presión de fondo del pozo, Pwf.

Pozo fluyente Pozo con BN

El Bombeo Neumático es un método de levantamiento artificial mediante el cual se inyecta

continuamente gas a alta presión para aligerar la columna hidrostática en el pozo (flujo continuo), o

en forma cíclica para desplazar la producción en forma de tapones de líquido hasta la superficie

(flujo intermitente) .

Mecanismos involucrados:

• Disminución de la densidad

• Expansión del gas inyectado

• Desplazamiento del líquido

CONTINUO INTERMITENTE

Definición

Los efectos del gas dentro de la tubería de Producción son:

Reducción de la densidad de la columna de fluidos

Expansión del gas conforme las condiciones de presión

cambian a lo largo de la profundidad

Empuje de baches de líquido cuando las burbujas son

suficientemente grandes para llenar el diámetro interno de

la TP.

Efecto del gas en la TP

Reducción de

densidad

Expansión

De Gas

Desplazamiento de

baches de líquido

por burbujas de gas

Gradiente de presión

Es el cambio de presión por unidad de profundidad, típicamente en unidades de psi/ft. La presión aumenta predeciblemente con la profundidad en áreas de presión normal. El gradiente de presión hidrostática normal para agua dulce es 0.433 psi/ft y 0.465 psi/ft para agua con 100,000 ppm de sólidos.

http://www.glossary.oilfield.slb.com/Display.cfm?Term=ppm

Principio básico

Principio básico

Reducción de la Pwf

El sistema artificial de producción de BNC es el que más se le parece al flujo natural, y por lo tanto,

puede ser considerado como una extensión del mismo.

Definición

En un pozo con flujo natural, cuando el fluido viaja hacia la superficie, la

presión de la columna de fluido se reduce, el gas se libera de la solución y

el gas libre se expande. El gas, siendo más ligero que el aceite, lo desplaza,

reduciendo la densidad del fluido y el peso de la columna de fluido sobre la

formación.

Esta reducción del peso de la columna del fluido produce que la presión

diferencial entre el pozo y el yacimiento ocasione el flujo en el pozo.

Definición

Reseña del Bombeo Neumático Continuo

Al inicio del siglo antepasado, se utilizó el aire como fuente de bombeo neumático, pero debido a los

problemas de corrosión y al peligro potencial de una explosión por las mezclas de gases formados, se opto por

utilizar gas natural. Actualmente el gas natural continúa siendo la fuente principal del bombeo neumático a

pesar de que se ha utilizado el nitrógeno en algunos casos. En ciertas ocasiones se ha mal interpretado el

concepto del gas utilizado para bombeo neumático, suponiendo que el volumen comprimido diariamente para

este fin, es acumulado durante todo el año; lo cual es incorrecto, ya que este volumen solo se recircula

durante la vida del proyecto, por lo que la operación del bombeo neumático no requiere de excedentes de gas.

Bombeo Neumático Continuo


Carl Emamanuel Loschers (Ingeniero Minero Alemán) aplicó aire como un medio para elevar líquido en

experimentos de laboratorio en 1797.

La primera aplicación práctica del Bombeo Neumático Continuo con aire fue en 1846, cuando un americano

llamado Crockford produjo aceite en algunos pozos de Pennsylvania.

La primera patente en Estados Unidos para Bombeo Neumático con gas, llamado “eyector de aceite” fue

otorgado a A. Brear en 1865.


1864-1900: En este periodo se produce mediante la inyección de aire comprimido a través del espacio

anular o de la tubería de producción. Empleando este método en varias minas inundadas.

1900-1929: Se suscita el “boom” del empleo de aire en el área de la costa del golfo para el BNC.

1929-1945: En este periodo se otorgan patentes a cerca de 25,000 válvulas de flujo diferentes. Se

presentan gastos más eficientes, causados por el desarrollo de estas válvulas. Ya se emplea el gas natural

como gas de BNC

1945 al presente: Desde el fin de la segunda guerra mundial las válvulas operadas por presión han

reemplazado prácticamente a todos los demás tipos de válvulas de Bombeo Neumático.

1957: Introducción de válvulas de Bombeo Neumático recuperables con línea de acero.

1980. Inyección con Nitrógeno y válvulas eléctricas.

1990. BNC con tubería flexible y motocompresores a boca de pozo (México).

1998. BNA (Bombeo Neumático autoabastecido), desarrollado en México .

2000 al presente: se esta empleando el BN en terminaciones inteligentes.


BNA

AUTO BN

Infraestructura BNC

Válvulas

y

Mandriles

Inyección

Gas Alta

Presión

CHP

THP

Planta de

Compresión

Infraestructura BNC

Ventajas

Desventajas

BNC

Ventajas BNC

Pocos problemas al manejar gran volumen de sólidos

Manejo de grandes volúmenes en pozos con alto IP

Muy flexible para cambiar de continuo a intermitente

Discreto en localizaciones urbanas

Fuente de poder ubicable, alejado de la localización

Sin dificultad para operar pozos con alta RGL

Reacondicionamientos con unidad de “Wireline”

Opera en pozos con terminaciones desviadas

La corrosión usualmente no es adversa

Aplicable en costa afuera

Formación de hidratos y congelamiento del gas

Problemas con líneas de superficie obstruidas

Experiencia mínima necesaria del personal

Dificultad para manejar emulsiones

Disponibilidad del gas de inyección

La TR debe de resistir presiones elevadas

Desventajas BNC

Emulsión: Es una mezcla de dos líquidos inmiscibles de manera más o menos homogénea

(aceite – agua)

Presión en la tubería de revestimiento y línea de descarga

Profundidad de inyección

Tamaño de la TR, TP y LD

Profundidad, presión y temperatura del yacimiento

Índice de Productividad del pozo

% de agua

Rs y gas libre en el fluido producido

Presión de separación

Desviación del pozo

Factores que afectan al BNC

(Considerar en el diseño-operación)

Suministro de gas

Distribución del sistema de gas de BNC

Medición y control del gas de inyección

Muestreo, pruebas y manejo de los fluidos

producidos

Casos de diseños especiales

Otras consideraciones

Rangos de aplicación

Resistente a corrosión

Excelente con el manejo de sólidos

Utiliza sistemas de compresión

Eficiencia del sistema 10%-30%

70º radio de bajo a medio0-50ºDesviación

400oF100-250

oFTemperaturas

30,000 BPD100-10,000 BPDVolumen

5,000 m1,000-3,000 mProfundidad

MáximoRango Típico

Injection

Gas In

Side Pocket

Mandrel with

Gas Lift Valve

Completion

Fluid

Side Pocket

Mandrel with

Gas Lift Valve

Single

Production

Packer

Side Pocket

Mandrel with

Gas Lift Valve

El sistema consiste de cuatro partes fundamentales:

1. Fuente de gas a alta presión: Estación de compresión, pozo productor de gas a alta presión o compresor a boca de pozo.

2. Sistema de medición y control del gas en la cabeza del pozo, válvula motora controlada por un reloj o un estrangulador ajustable (válvula de aguja).

3. Sistema de control de gas subsuperficial (válvulas de inyección).

4. Equipo necesario para el manejo y almacenamiento del fluido producido.

Bombeo Neumático


Hay dos tipos de diseño en la operación de los sistemas de BN:

1. Para instalación de flujo continuo.2. Para instalación de flujo intermitente.

Flujo continuo: inyección controlada de gas.Flujo intermitente: flujo bache.

Tipos de diseño para BN

CONTINUOINTERMITENTE

Válvulas

B. N. Continuo: Apertura variable

B. N. Intermitente: Asiento Amplio

Para el diseño del aparejo de válvulas de flujo continuo se toman en cuenta las siguientes condiciones:

• Profundidad del intervalo productor.• Diámetro de la tubería de producción.• Diámetro de la tubería de revestimiento.• Presión de gas disponible.• Volumen de gas disponible.• Volumen de fluido por recuperar.• Gradiente de presión estática.• Gradiente de presión fluyendo.


Válvulas sensibles a una determinada presión actuando en la TP (Pt) o en la TR (Pc).

Generalmente son clasificadas por el efecto que la presión tiene sobre la apertura de la válvula.

Mecanismo de las válvulas subsuperficiales del Bombeo Neumático

Equipo Subsuperficial

Equipo Superficial

Válvulas

de

Bombeo Neumático(fundamentos)

Una válvula de BN está compuesta de:

• Cuerpo de la válvula• Elemento de carga

(resorte, gas o una combinación de ambos)

• Elemento de respuesta a una presión (fuelle de metal, pistón o diafragma de hule)

• Elemento de transmisión (diafragma de hule o vástago de metal)

• Elemento medidor (orificio o asiento)

Componentes de las válvulas de BN

Las válvulas de Bombeo Neumático se clasifican en:

a) Válvulas desbalanceadas.

b) Válvulas balanceadas.

Clasificación de las válvulas de BN

Son aquellas que tienen un rango de presión limitado por una presión de apertura y por una presión inferior de cierre.

Este tipo de válvulas se divide en:

a) Válvula operada por presión del gas de inyección (válvula de presión). Sensible a la presión en TR.

b) Válvula reguladora de presión (válvula proporcional). Sensible a la presión en TR o TP (cierre).

c) Válvula operada por fluidos de la formación. Sensible a la presión en TP.

d) Válvula combinada. Sensible a la presión en TP (apertura) y TR (cierre)

Válvulas desbalanceadas

Pc

Ab

Pd

Pt

Ap

Pc

Ab

Pd

Pt

Ap

CERRADA

ABIERTA

Generalmente se conoce como válvula de presión.

Se requiere un aumento de presión en el espacio anular para abrir y una reducción de presión en la TR para cerrar la válvula.Dos conceptos importantes:1.Presión de apertura de la válvula bajo condiciones de operación.2.Presión de cierre de la válvula bajo condiciones de operación.

a) Válvula desbalanceada operada por la presión del gas de inyección

Instantes antes de abrir:

Fo = Fc

Fo = Suma de todas las fuerzas que tratan de

abrir la válvula.

Fc = Suma de todas las fuerzas que tratan de

mantener cerrada la válvula.

Presión de apertura de la válvula bajo condiciones de operación

Rt

Pd

PR)(c

P

bA

pA

Rsi;b

A

pA

tP

dP

bA

pA

cP

:c

Pdespejandoyb

AentreDividiendo

bA

dP

pA

tP)

pA

b(A

cP

bA

dP

cF

pA

tP)

pA

b(A

cP

oF

1

1

R

RPPPP td

voc

1

Válvula desbalanceada operada por presión del gas de inyección

Ab = área efectiva del fuelle, [pg2]

Ap = Av = área del asiento de la válvula, [pg2]

Pbt = presión interna del domo de la válvula a la temperatura base, [psi]

Pc = presión en la TR requerida para abrir la válvula bajo condiciones de operación, [psi]

Pd = presión interna del domo de la válvula a la temperatura de operación, [psi]

Pg = presión del gas de inyección en el espacio anular frente a la válvula, [psi]

Po = presión de apertura de la válvula en el probador a la temperatura base, [psi]

Nomenclatura

Psc = presión del gas de inyección en la superficie

para cerrar la válvula, [psi]

Pso = presión del gas de inyección en la superficie

para abrir la válvula, [psi]

Pst = presión equivalente causada por la fuerza del

resorte aplicada sobre el área (Ab - Av), [psi]

Pt = presión en la TP frente a la válvula, [psi]

Ptro = presión de apertura de la válvula en el taller,

[psi]

Pvo = presión del gas de inyección frente a la válvula

en el momento de abrir, [psi]

Nomenclatura

Pvc = presión del gas de inyección frente a la válvula

en el momento de cerrar, [psi]

T = temperatura base de calibración de las válvulas en el probador a 60 u 80 [°F]

Tv = temperatura de operación de la válvula dentro

del pozo, [°R]

Z = factor de desviación del gas utilizado en el domo de la válvula @ Pb y T

Zv = factor de desviación del gas utilizado en el

domo de la válvula @ PbT y Tv

Nomenclatura

Suponiendo que una válvula está localizada a 7000 [pie], que tiene una presión de domo de

900 [psi] y una presión en la TP de 600 [psi], determinar la presión en la TR requerida para

abrir la válvula, si: Ab = 1.1 [pg2

] y Ap = 0.2 [pg2

].

Solución:

Bajo estas condiciones de operación, cuando la presión en la TR se incrementa a 966.65

[psi], la válvula abre.

psi65.966P

8182.092.790

1818.01)1818.0)(600(900

R1RPP

P

c

tdc

Ejemplo 1

Para determinar el efecto que tiene la presión en la TP para abrir la válvula, se utiliza la ecuación anterior de la siguiente forma:

El término que se resta de la ecuación anterior es llamado “Efecto de Tubería de Producción”:

El término R/(1-R) es llamado “Factor de Efecto de Tubería de Producción”.

RRP

RP

PP tdvoc

11

R

RPET t 1

..

R

RFET

1...

Calcular el efecto de tubería causado por la presión en la TP de 600 [psi], del ejemplo

anterior.

Solución:

psi26.133)2221.0(600.E.T

:estuberíadeefectoeltanto,lopor

2221.01818.01

1818.0.F.E.T

Ejemplo 2

Ejemplo 2

De estos resultados, se establece que cuando la presión en la

TP es igual a cero (psi), la válvula a la profundidad de 7000

[pie] requiere de 966.65 + 133.26 = 1099.91 [psi] en el

espacio anular para abrirse.

Dicha presión de 1099.91 [psi] es llamada algunas veces como

la presión máxima de operación. La presión en la TP (600

[psi] para el ejemplo) reduce la presión necesaria para abrir la

válvula de 1099.91 [psi] a 966.65 [psi].

AYUDA A LA APERTURA

bdpvcpvcbvc

bdpvcpbvc

vcc

bdpcpbc

bdc

pcpbco

co

APAPAPAP

APAPAAP

PPHaciendo

APAPAAP

APF

APAAPF

FF

)(

:

)(

)(

dvc PP Donde:

Pvc = presión en el espacio anular para cerrar la válvula a

condiciones de operación.

Presión de cierre de la válvula bajo condiciones de operación

Instantes antes de cerrar:

Presión de cierre de la válvula bajo condiciones de operación

Con base en dicha ecuación, la válvula que

abre a 966.65 [psi] en el ejemplo 1, puede

cerrar cuando la presión en la TR a la

profundidad de la válvula sea reducida a 900

[psi] .

La diferencia entre las presiones de apertura y de cierre de una válvula es llamada “Amplitud de la válvula”.

Amplitud = Pvo-Pvc

:tieneseecuación,landoSimplificaR1R)(1P

R1RPP

PR1RPP

ΔPAmplitud dtdvc

td

Amplitud de las válvulas (Spread)

)P - (P TEF ΔP td

Calcular la amplitud de la válvula descrita en el ejemplo 1.

Solución:

psi65.66P

)600900(2221.0)PP(TEFP td

Ejemplo 3

Como la Amplitud = Pvo-Pvc,

La presión para abrir la válvula es:

Pvo = Pd + P = 900 + 66.65 = 966.65 [psi]

Que es resultado obtenido anteriormente en el ejemplo 1.

• La mínima diferencia de presión: Pt=Pd.

• La máxima amplitud de la válvula ocurre cuando la presión en la TP es igual a cero (Pt =

0)

• Máxima amplitud de la válvula = Pmáx = TEF (Pd)

Amplitud de las válvulas (Spread)

zT

LPP g

fondo

01877.0expsup

Gradiente de la columna de gas.

• La presión de operación del gas de

inyección está controlada en la superficie.

• Se debe hacer una predicción del cambio de

la presión causado por la columna de gas y

por las pérdidas de fricción cerca de la

válvula de BN, tanto bajo condiciones

estáticas como dinámicas (fluyendo).

PRESION DE OPERACIÓN

Presión de apertura en el taller (Ptro)

Válvulas operadas por presión

con carga de nitrógeno en

domo

Son aquellas válvulas cuyo diseño

permite inyectar nitrógeno a

presión al domo del fuelle de la

válvula para proveerla de la fuerza

necesaria a fin de mantenerla

cerrada hasta que las fuerzas que

tiendan a abrirla logren vencerla.

¿Por qué Nitrógeno?

• Se encuentra fácilmente.

• No es caro.

• No es corrosivo.

• No es inflamable.

• Se conoce su factor de desviación Z a presión y temperatura elevadas.



Para corregir la Pd a una temperatura de 60

[°F] se usa la ley de los gases reales de la

siguiente manera:

R

FPP d

tro

1

60@

)520(

60@

60 F

d

dd

d

z

FP

Tz

P

GAS A ALTA PRESIÓN

Obviamente puede usarse cualquier temperatura base. Algunos fabricantes utilizan 80 [°F].

Entonces:

dd

dFd Tz

PzFP 60)520(

60@


Tarea 7 - Resumen del artículo:

“ New Developments To Improve Continuous-Flow

Gas Lift Utilizing Personal Computers ”.

Z. Schmidt and D.R. Doty, U. of Tulsa.

SPE 20677

AÑO 1990 EQUIPO No.1. 5 SEPTIEMBRE 2012

Tarea 8 - Resumen artículo:

“Gas lift Optimization in One Iranian South Western Oil

Field”.

M. Ebrahimi, SPE, ACECR-Production Technology

Research Institute.

SPE 133434

AÑO 2010

EQUIPO No.2. 5 SEPTIEMBRE 2012

Ejercicio

1.- Calcular las presiones en el fondo de un pozo considerando el gradiente de una columna de gas a las siguientes condiciones:

Presión en la superficie = 850 psi.

Profundidad = 9000 pies

Densidades relativas del gas = 0.6, 0.75 y 0.95

Temperatura superficial = 95 F

Temperatura en el fondo = 190 F

2.- Trazar los gradientes correspondientes (4 puntos)

Sean los siguientes datos:

Presión del gas en la superficie =

Presión de apertura en la superficie = Pso =

Densidad relativa del gas de inyección =

Temperatura superficial =

Temperatura @ 8000 [pie] =

Presión en la TP = Pt =

Diámetro exterior de la válvula =

Área del asiento =

R =

Profundidad de la válvula =

800 [psi]

800 [psi]

0.7

100 [°F]

180 [°F]

655 [psi]

1 ½ [pg]

½ [pg2

]

0.2562

8000 [pie]Carga de la válvula: Nitrógeno @ 60 [°F]

Ejemplo 4

Determinar:

• Presión de apertura de la válvula, Pvo

• Presión de cierre de la válvula, Pvc = Pd

• Amplitud de la válvula @ 8000 [pie]

• Presión superficial de cierre, Psc

• Amplitud de la válvula en la superficie (Ps)

• Presión de apertura en el taller, Ptro @ 60 [°F]

a) La presión de apertura de la válvula a la profundidad de 8000 [pie] es igual a la presión

superficial para abrir la válvula, más un incremento de la presión en el espacio anular a

8000 [pie] debido al gradiente de la columna de gas.

De la figura 3A-1 se obtiene:

Solución

La presión para abrir la válvula es:

Pvo = Pso + P

Pso

Pvo

21

psiPP

psipiepiepsi

P

FT

piepsi

piepsi

P

vovo

correg

graf

graf

52.97080052.170

52.1708000460140460149

021.0

1492

1008000

6.170100

021.01000

21

Solución

b) La presión de cierre en la válvula es igual a la presión en el domo, Pd @ 180 [°F].

psiP

P

RPRPPP

vc

vc

tvodvc

68.889

)2562.0(655)2562.01(52.970

)1(

dvc PP

RRPP

P tdvo

1

c) La diferencia de presión a esta profundidad es igual a:

psiPPTEFP

o

psiPPP

tvc

vcvo

84.8065568.8892562.01

2562.0)(

84.8068.88952.970

Amplitud = Pvo-Pvc

)P - (P TEF ΔP td

d) La presión superficial de cierre, Psc :

e) La amplitud de la válvula en la superficie es igual a la presión superficial de apertura

menos la presión superficial de cierre:

psiP

PPPP

PPPPPP

sc

sovovcsc

cvcscscvcc

16.719

)80052.970(68.889)(

psiPPP scsos 84.8016.719800

f) La presión del domo puede ser calculada utilizando la tabla 30.1 para una temperatura

de la válvula de 180 [°F]:

psiP

RFP

P

Entonces

psiFP

psiPFP

FPFPFP

FPC

tro

dtro

d

vcd

ddd

dt

93.950

2562.0130.707

160@

:

30.707)68.889(795.060@

68.889180@

[email protected]@795.0180@

60@

Las ecuaciones siguientes permiten calcular, respectivamente, el gasto del gas de

inyección y el diámetro del orificio de una válvula.

• Gasto de gas de inyección requerido:

• Diámetro del orificio de la válvula:

adapudeavosend

ACd

o

do

lg64:

π4

645.0

Cálculo del gasto del gas de inyección y del diámetro del orificio de la

válvula

))(( RGAiqq oi Donde:

qo, gasto de aceite de diseño

qi, gasto de gas de inyección

RGAi, Relación gas-aceite inyectado

Donde:

v

p

k

k

k

g

gd

c

ck

PP

PP

kTk

P

qAC

5.01

1

2

2

1

21 )1)(460(

34.64500155

Cálculo del gasto del gas de inyección y del diámetro del orificio de la

válvula

T, temperatura

P1, presión corriente arriba

P2, presión corriente abajo

Relación de calores específicos en función de la temperatura y la densidad

relativa del gas

Especificaciones para válvulas CAMCO de bombeo neumático operadas por

presión

FUELLE Ab RVALVULA Ap

R=Ap/Ab

Donde:Ap, es el área del asiento de la válvula.Ab, es el área efectiva del fuelle

Válvulas desbalanceadas

Son aquellas que tienen un rango de presión limitado por una presión de apertura y por

una presión inferior de cierre.

Este tipo de válvulas se divide en:

a) Válvula operada por presión del gas de inyección (válvula de presión). Sensible

a la presión en TR.

b) Válvula reguladora de presión (válvula proporcional). Sensible a la presión en

TR o TP (cierre).

c) Válvula operada por fluidos de la formación. Sensible a la presión en TP.

d) Válvula combinada. Sensible a la presión en TP (apertura) y TR (cierre)

Válvulas desbalanceadas u operadas con presión

Momentos antes de abrir

Pc

Ab

Pd

Pt

Ap

Válvulas desbalanceadas u operadas con presión

Momentos después de abrir

Pc

Ab

Pd

Pt

Ap

Esta válvula requiere un incremento en la presión de la TP para abrir y una reducción en la presión de la TP para lograr el cierre.

Válvula desbalanceada operada por fluidos de la formación (presión en la TP)

Válvula desbalanceada

DIFERENCIAS

Operada por el gas de inyecciónOperada por el fluido de formación

Válvula cerrada a punto de abrir:

vgvbto

vbstbbtc

APAAPF

AAPAPF

)(

)(

stgbt

vot PR

RPPPP

1

Válvula abierta a punto de cerrar:

bto

vbstbbtc

APF

AAPAPF

)(

)1( RPPPP stbtvct

Válvula desbalanceada operada por fluidos de la formación

VER NOMENCLATURA

Las válvulas de Bombeo Neumático se clasifican en:

Válvulas desbalanceadas.

Válvulas balanceadas.

Clasificación de las válvulas de BN

Este tipo de válvula no está influenciada por la presión en la TP cuando está en la posición cerrada o en la posición abierta.

La presión en la TR (Pc) actúa en el área del fuelle durante todo el tiempo. Esto significa que la válvula cierra y abre a la misma presión (presión de domo).

La amplitud (Spread) es cero

Válvulas balanceadas (operadas por presión en la TR)

Este tipo de válvulas abren y cierran a la misma presión.

Controladas 100% por la presión de inyección.



Haciendo un balance de fuerzas similar al de las

válvulas desbalanceadas, se obtienen las

ecuaciones tanto de apertura como de cierre para

las válvulas balanceadas.

POSICIÓN POSICIÓN CERRADA

ABIERTA

Pvo = Pbt

Pvc = Pbt


Manga flexible, sella el domo de la válvula

Bombeo neumático intermitente







Básicamente existen dos tipos de bombeo intermitente:

Punto único de inyección.- Todo el gas se inyecta a travésde la válvula operante.

Punto múltiple de inyección.- La expansión del gas actúa sobre el bache de aceite, empujándolo hacia una válvula posterior por medio de otra válvula que se encuentra inmediatamente debajo del bache.


CONSIDERACIONES:

1.- Para el bombeo neumático intermitente es básico utilizar válvulas con sección piloto (válvula piloto), ya que se requieren diámetros de puerto amplio.

2.- Se emplea un controlador del tiempo de ciclo en superficie.

3.- Se emplea una válvula motora en superficie.

Válvulas para bombeo neumático intermitente

VÁLVULA PILOTO

• El puerto grande es usado para conducir el gas cuando la válvula abre.

• El puerto puede ser tan grande como sea posible hacerlo mecánicamente y no tiene que cambiarse para modificar la amplitud.

• En esta válvula el puerto pequeño es llamado orificio de control de la sección de control y el puerto grande para el suministro del gas es conocido como orificio motriz de la válvula motriz.


• La sección de control es la de una válvula desbalanceada. La presión de la tubería de producción y de revestimiento actúan en la sección de control. Cuando la válvula de control abre, la válvula motriz abre y cuando cierra, la válvula motriz cierra.

• El gas fluyendo a través de la pequeña apertura de la sección de control actúa en el pistón de la válvula motriz para abrirla.

• Cuando la válvula de control cierra, un resorte regresa la válvula motriz a la posición cerrada.


Sección de control


CONTROLADOR DEL TIEMPO DE CICLO:

El controlador de ciclos es un controlador electrónico que tiene como función controlar la apertura y cierre de la(s) válvula(s) de control, según una programación de tiempo predeterminada.

Existen tres tipos de controladores que permiten controlar el ciclo de la válvula motora de la línea de flujo y los cuales son: el controlador de tiempo de ciclo, el controlador de presión y el controlador electrónico.

VÁLVULA DE CONTROL O MOTORA

Es un equipo de control en superficie que opera de manera automática por un

controlador del tiempo de ciclo de inyección de gas.

Clasificación de las válvulas

“Application of Gas Lift to Heavy-Oil Reservoir in Intercampo

Oilfield, Venezuela”

SPE/PS-CIM/CHOA 97370

D. Hong’ en, C. Yuwen and H. Dandan

2005

Tarea 9 - Resumen artículo:

EQUIPO No.3 12 Septiembre 2012

Tarea 10- Resumen artículo:


“Auto, Natural, or In-Situ Gas Lift Systems Explained”

SPE 104202

Adam Vasper, SPE, Schlumberger

2008

AVISO

• El profesor se presentará el 10 de Septiembre.• Se aplicará ese día un examen de lo visto hasta el

5 de septiembre, tendrá el valor del 50% del primer examen parcial de la materia.

• Para tener derecho a este examen se deberá cumplir lo establecido al inicio del curso en cuanto a asistencias, presentaciones en clase y tareas (hasta la tarea #8).

• No se permitirá el uso de formulario.• Se resolverán dudas de lo visto en los Temas 1 y 2

el 5 de septiembre.

El método de descarga continua debe ser de operación ininterrumpida.

Las válvulas se espacian de modo que el pozo se descarga por sí mismo, controlándose el gas en la superficie.

VÁLVULA SUPERIOR ABIERTA, 625 [psi]

SEGUNDA VÁLVULA ABIERTA, 600 [psi]

TERCERA VÁLVULA ABIERTA, 575 [psi]

VÁLVULA OPERANTE ABIERTA, 550 [psi]

GAS DE

INYECCIÓN

ESTRANGULADOR

AL SEPARADOR

Descarga del pozo

El aparejo de producción tiene cuatro válvulas de

BN y sus correspondientes presiones de

operación son de 625, 600, 575 y 550 [psi].

VÁLVULA SUPERIOR ABIERTA, 625 [psi]

SEGUNDA VÁLVULA ABIERTA, 600 [psi]

TERCERA VÁLVULA ABIERTA, 575 [psi]

VÁLVULA OPERANTE ABIERTA, 550 [psi]

GAS DE

INYECCIÓN

ESTRANGULADOR

AL SEPARADOR

Descarga

Paso 1. El gas se inyecta

lentamente en el espacio

anular. Inmediatamente el

fluido de control empieza

a salir por la TP.

ABIERTA

ABIERTA

ABIERTA

ABIERTA

Descarga

ABIERTA

ABIERTA

ABIERTA

ABIERTA

Paso 2. A medida que al espacio anular se le

aplica gas continuamente, la presión en la TR

debe subir gradualmente para que el fluido siga

ascendiendo por la TP.

Descarga

ABIERTA

ABIERTA

ABIERTA

ABIERTA

Paso 3. La válvula número 1 (625 [psi]) no

tarda en quedar al descubierto, ya que el gas

pasa a la TP. Esto se observa en la superficie

por el aumento instantáneo de la velocidad del

flujo que sale por el extremo de la TP.

Descarga

Paso 4. La descarga del

pozo es una mezcla de gas

y líquidos, y la presión en la

TR se estabiliza a 625 [psi],

que es la presión de

operación de la válvula 1.

ABIERTA

ABIERTA

ABIERTA

ABIERTA

Descarga

Paso 5. La inyección de gas en el espacio anular

hace que el nivel de líquido siga bajando hasta

que la válvula 2 (600 [psi]) queda al

descubierto debido a que el gradiente es

aligerado considerablemente por el gas.

Descarga

ABIERTA

ABIERTA

ABIERTA

ABIERTA

Por ejemplo, si el fluido de control tiene un

gradiente de 0.5 [psi/pie], con la inyección de gas

puede bajar a 0.1 [psi/pie] en la TP, con el

consecuente cambio en el gradiente de presión,

dependiendo a qué profundidad esté la válvula 1.

Descarga

ABIERTA

ABIERTA

ABIERTA

ABIERTA

Paso 6. Tan pronto la válvula 2 queda

descubierta, el gas entra en ella a la profundidad

de 2150 [pie]. Además, la presión en la TR baja a

600 [psi], ya que la válvula 2 funciona con 25

[psi] menos que la válvula 1.

Descarga

ABIERTA

ABIERTA

ABIERTA

CERRADA

Paso 7. El gas se

inyecta

continuamente hasta

llegar a la tercera

válvula y la operación

se repite hasta llegar

a la cuarta.

Descarga

CERRADACERRADA

CERRADA

ABIERTA

ABIERTAABIERTA

ABIERTA

ABIERTA

La composición de los fluidos en la TP

empieza a cambiar. Cuando esto ocurre,

la producción de descarga del pozo

tiende a bajar, hasta que se llega a la

válvula de operación (cuarta válvula).

Descarga

CERRADACERRADA

CERRADA

ABIERTA

ABIERTAABIERTA

ABIERTA

ABIERTA

Paso 8. Tan pronto se llega a la

válvula 4 (a 3306 [pie]), la TR se

estabiliza a 550 [psi] de presión de

operación en la superficie y el pozo

entra en producción.

Descarga

CERRADACERRADA

CERRADA

ABIERTA

ABIERTAABIERTA

ABIERTA

ABIERTA

DISEÑO DEL BOMBEO NEUMÁTICO CONTINUO

Determinación del punto de inyección óptimo en una

instalación de BNC

En el diseño de una instalación de BNC, primero debe localizarse el punto óptimo de inyección de la válvula operante.

Procedimiento:

Determinación del punto de inyección óptimo en una instalación de BNC

1. Graficar en papel con coordenadas rectangulares, la profundidad en el eje de las

ordenadas (eje y), siendo igual a cero en la parte superior y presentando su valor

máximo en el punto de referencia (empacador, intervalo medio productor).

2. En el eje de las abscisas graficar la presión (eje x), con cero en el origen hasta una presión máxima.

3. Trazar la presión estática (Pws) a la profundidad del intervalo medio productor.

4. A partir del IP, calcular la Pwf correspondiente al gasto deseado (gasto de diseño) e indicar este valor a la profundidad de referencia.


5. Partiendo de la Pws prolongar la línea del gradiente estático hasta intersecar el eje de las ordenadas; este punto corresponde al nivel estático dentro del pozo.

6. Desde el punto de la Pwf, graficar el gradiente fluyendo abajo del punto de inyección. El punto en el cual el gradiente interseca al eje de las ordenadas es el nivel dinámico.



piefluidoGrad

PwfTotalofdinámicoNivel

piefluidoGrad

PwsTotalofestáticoNivel

..Pr

..Pr


7. Señalar en el eje de las abscisas la presión disponible y la presión de operación (presión superficial del gas de inyección). La presión de operación generalmente se fija 100 [psi] debajo de la presión disponible, y ésta, 50 [psi] debajo de la presión máxima del gas de inyección (presión de arranque).

8. Trazar la línea de gradiente de gas correspondiente a la presión de operación y a la presión disponible hasta intersecar la línea del gradiente fluyendo establecido en el paso 6.


9. Marcar el punto donde la presión de operación intersecta la línea de gradiente fluyendo como el punto de balance entre la presión en el espacio anular y la presión en la TP.

10.Partiendo del punto de balance y sobre la línea de gradiente fluyendo, determinar el punto de inyección del gas restando 100 [psi] del punto de balance.

11.Marcar la presión de flujo en la TP (Pwh) a la profundidad de cero. Esta presión es igual a cero si el pozo descarga al quemador y tiene un valor positivo si descarga al separador.


12. Unir el punto de inyección y la presión de flujo en la cabeza del pozo, seleccionando la curva de gradiente de presión o bien la correlación de flujo multifásico correspondiente; esta curva será la del gradiente fluyendo arriba del punto de inyección. Dicha curva proporciona la RGA total que se requiere para producir el pozo al gasto deseado o de diseño. La RGA inyectada es igual a la diferencia entre la RGA total y la de los fluidos de la formación.Si no se dispone de curvas de gradiente o de correlaciones

de flujo multifásico, el punto de inyección y la Pwh pueden

unirse con una recta para propósitos de “espaciamiento de

válvulas”.


1206.52 Nivel

Estático

2293.48 Nivel

Dinámico

Gradiente

Estático

25002100

Gradiente Fluyendo

abajo

del punto de Inyección

Pdisp

900

P op

800

Gradiente del gas

de Inyección

Punto de

Balance

Punto de

Inyección

P th

100

Gradiente Fluyendo

Arriba del Punto de

Inyección

100 [°F] 200 [°F]

100 [°F] 200 [°F]

0

0

500

1000

1000 1500 2000 2500 3000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

Presión [psi]

PUNTO DE INYECCIÓN

Pro

fun

did

ad

[pie

]

DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN DE BNC CON VÁLVULAS BALANCEADAS

Después de determinar el punto de inyección, el espaciamiento de las válvulas balanceadas en una instalación de BN se determina de la siguiente manera:

Diseño de BNC con válvulas balanceadas

a) Trazar la línea del gradiente de fluido de control, partiendo de la Pwh.

b) Extender la línea anterior hasta interceptar la línea de presión disponible del gas de

inyección; esta profundidad corresponde a la posición de la primera válvula.

c) Desde el punto anterior, trazar una línea horizontal hasta interceptar la línea de gradiente fluyendo arriba del punto de inyección.

d) Del punto de intersección anterior, trazar una paralela a la línea de gradiente del fluido de control hasta interceptar la línea de gradiente de presión disponible menos 25 [psi]. Esta profundidad corresponde a la segunda válvula.


e) Reducir la presión en 25 [psi] del punto de intersección determinado en el paso anterior y trazar hacia abajo la línea de gradiente de presión del gas de inyección.

f) Trazar una línea horizontal a la izquierda desde la posición de la válvula 2 hasta intersectar la línea de gradiente de flujo arriba del punto de inyección.

g) Desde este punto, trazar una línea paralela al gradiente de fluido de control, hasta intersectar la nueva línea de gradiente de gas determinado en el paso (e); esta profundidad corresponde a la tercera válvula.


h) Repetir el procedimiento descrito en los pasos e, f y g, hasta alcanzar el punto de inyección del gas.

i) Colocar una o dos válvulas abajo del punto de inyección, previendo posibles reducciones en la presión media del yacimiento así como cambios en la productividad del pozo.

i) Determinar el diámetro del orificio.


k) Trazar la línea de gradiente geotérmico desde la temperatura de flujo en la superficie hasta la temperatura de flujo en el fondo del pozo.

l) Determinar la temperatura correspondiente a la profundidad de colocación de cada válvula .

m) Determinar la Pso de cada válvula, disminuyendo en 25 [psi] la presión entre válvula y válvula, iniciando para la primera con un valor igual a 25 [psi] abajo de la presión disponible del gas de inyección.


n) Determinar la presión de calibración del domo a 60 [ºF].

o) Preparar una tabla final indicando:

•Número de válvula

•Profundidad

•Temperatura

•Pso (presión de apertura en superficie)

•Pvo (presión de apertura en el fondo)

•Presión del domo, Pd


1206.52 Nivel

Estático

2293.48 Nivel

Dinámico

Gradiente

Estático

25002100

Gradiente Fluyendo

abajo


Pdisp

900

P op

800

Gradiente del gas

de Inyección

Punto de

Balance

Punto de

Inyección

P th

100

Gradiente Fluyendo

Arriba del Punto de

Inyección

Gradiente de

Fluido de ControlV1

V2

V3

V4

100 [°F] 200 [°F]

100 [°F] 200 [°F]

0

0

500

1000

1000 1500 2000 2500 3000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

Presión [psi]

ESPACIAMIENTO DE VÁLVULAS BALANCEADAS

Pro

fun

did

ad

[pie

]

Tabla Final

Válvula

Profundidad [pie]

T [°F] Pso [psi] Pcorreg [psi] Pvo [psi] Ct Pd [psi]

EJEMPLO DE DISEÑO DE BNC CON VALVULAS BALANCEADAS

DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN DE BNC CON

VÁLVULAS DESBALANCEADAS

a) Adicionar 200 [psi] a la presión en la cabeza del pozo (Pwh) y marcar este punto a la profundidad de cero. Trazar una línea recta desde este punto, al correspondiente punto de inyección de gas; esta línea representa la presión en la TP de diseño.

Diseño de BNC con válvulas desbalanceadas

Después de determinar el punto de inyección, el espaciamiento de las válvulas

desbalanceadas en una instalación de BN se determina de la siguiente manera:

Nivel

Dinámico

2200

P op

950

P dispPwh

Punto de

Inyección

Punto de

Balance

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

0 100 300500 1000 1500 2000 2500 3000

Presión [psi]

Pro

fun

did

ad

[p

ie]

VALVULAS DESBALANCEADAS DE BNC

Presión en la TP

de Diseño

b) Trazar la línea de gradiente de fluido de control, partiendo de la presión en la boca del pozo (Pwh) hasta interceptar la línea de gradiente que corresponde a la presión disponible del gas de inyección; este punto determina la profundidad de la primera válvula.

c) Trazar una línea horizontal, desde el punto determinado en el paso anterior, hasta interceptar la línea que corresponde a la presión en la TP de diseño.


Nivel

Dinámico

2200

P op

950

P dispPwh

Punto de

Inyección

Punto de

Balance

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

0 100 300500 1000 1500 2000 2500 3000

Presión [psi]

Pro

fun

did

ad

[p

ie]


V1

Presión en la TP

de Diseño

Presión en la TP

fluyendo real

d) Desde la intersección anterior, trazar una paralela a la línea de gradiente del fluido de control hasta interceptar la línea correspondiente a la presión de operación del gas de inyección. Este punto determina la profundidad de la segunda válvula.

e) Repetir el procedimiento anterior entre la presión en TP de diseño y la presión de operación del gas de inyección, hasta alcanzar el punto de inyección.

f) Trazar el gradiente geotérmico entre la temperatura en la boca del pozo y la temperatura del fondo.

g) Determinar las presiones en TP (diseño y fluyendo real) de cada válvula a la profundidad correspondiente.


Nivel

Dinámico

2200

P op

950

Gradiente del

gas de Inyección

P disp

Presión en la TP

de Diseño

Presión en la TP

fluyendo real

Pwh

Gradiente de Fluido

de Control

Punto de

Inyección

Punto de

Balance

V1

V2

V3

V4

Para obtener las

Temperaturas

100 [°F] 200 [°F]

100 [°F]200 [°F]

T v1

T v2

T v3

T v4

Para Obtener Pt

diseño para cada

válvulaPara obtener la Pt real para

cada válvula

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

0 100 300500 1000 1500 2000 2500 3000

Presión [psi]

Pro

fun

did

ad

[p

ie]


h) Tabular la presión en TP de diseño y la presión fluyendo en TP real para cada válvula a la profundidad correspondiente.

i) Fijar la presión superficial de apertura de la primera válvula de diseño (Pso diseño), 50 [psi] debajo de la presión disponible del gas de inyección.


VálvulaProfundidad

[pie]T [° F] Pt diseño [psi]

Pt fluyendo/real [psi]

Pso diseño [psi]

1 2600141.2

5660.86 528.69 950

2 3560157.5

0800.00 720.00 940

3 4200166.2

5886.95 852.17 930

4 4600173.1

3956.52 956.52 920

Presión disponible = 1000 psi

j) Seleccionar las presiones superficiales de apertura de diseño (Pso diseño) del resto de las válvulas, dejando una diferencia de 10 [psi] entre válvula y válvula, en forma decreciente y partiendo de la presión superficial de apertura de diseño de la primera válvula.

k) Determinar la presión de apertura de diseño de cada válvula (Pvo diseño) a la profundidad correspondiente, sumándole el peso de la columna de gas a cada válvula.

l) Utilizando la presión en la TP de diseño (Pt diseño), la presión de apertura de cada válvula (Pvo diseño) y el diámetro del orificio seleccionado (R), calcular la presión de cierre frente a la válvula (Pvc), la cual es también la presión del domo (Pd @ Tv) PARA CADA VÁLVULA.



presión


Válvula Profundidad [pie] T [°F] Pso diseño [psi] Pcorregida [psi] Pvo diseño [psi]

1 2600 141.25 950 57.01 1007.01

2 3560 157.50 940 76.30 1016.30

3 4200 166.25 930 89.73 1019.73

4 4600 173.13 920 96.46 1016.46

Pd @ Tv= Pvo diseño (1 - R) + (Pt diseño)(R)

PRESIÓN DEL DOMO:

b

p

A

AR

Área efectiva del fuelle

Área del asiento de la válvula

m) Calcular Psc: Psc = Pvc - Pcorregida

n) Determinar la presión del domo de cada válvula a 60 u 80 [°F].

o) Calcular la presión de apertura en el probador (taller) para cada válvula de 60 [°F] utilizando la siguiente expresión:

p) Determinar la presión de apertura real (Pvo real) de cada válvula a la profundidad correspondiente, utilizando la expresión de flujo real en la TP:

R

FPP d

tro

1

60@


Psc = Pd @ Tv - Pcorregida

q) Determinar la presión superficial de apertura de cada válvula bajo condiciones reales de operación, previendo que no habrá interferencia entre válvulas.


R

PRTPP fluyendotvd

realvo

1

@

corregidarealvorealso PPP

Pvo diseño

[psi]

Pd @ Tv

[psi]Psc [psi]

Pd @ 60 [°F]

[psi]Ptro [psi]

Pvo real [psi]

Pso real [psi]

1007.01

974.61 917.60 830.37 916.12 1020.66 963.65

1016.30

996.05 919.75 823.24 908.25 1024.56 948.26

1019.73

1007.30 917.57 819.94 904.61 1023.32 933.59

1016.46

1010.85 914.39 813.73 897.76 1016.46 920

Pvo diseño

[psi]

Pd @ Tv

[psi]Psc [psi]

Pd @ 60 [°F]

[psi]Ptro [psi]

Pvo real [psi]

Pso real [psi]

Válvula

Profundidad

[pie]T [° F]

Pt diseño

[psi]

Pt fluyendo

[psi]

Pso diseño

[psi]

Pcorregida

[psi]

r) Presentar en dos tablas los resultados:

EJEMPLO DE DISEÑO DE BNC CON VALVULAS DESBALANCEADAS

1. Realizar el diseño y mostrar la tabla de resultados para una instalación de BNC con válvulas balanceadas, dados los siguientes datos:

800 [lb/pg2

]

35 °API

Presión de

operación=

Densidad del aceite =

qo =

Pws =

IP =

TP =

Profundidad media del intervalo

disparado =

Densidad del gas de inyección =

Pth =


Temperatura en el fondo del pozo =

Gradiente del fluido de control =

0% agua.

800 [bpd] (0% agua)

2500 [lb/pg2

]

2 [bpd/ lb/pg2

]

2 ⅜ [pg] d.e.

8000 [pie]

0.65

100 [lb/pg2

]

100 [°F]

200 [°F]

0.45 [lb/pg2

/pie]

RGA de inyección= 400 pie3/bl

EJEMPLO BN CON VALVULAS BALANCEADAS

a)Presión de fondo fluyendo:

2/21002

8002500 pglbP

IPq

PPPP

qIP

wf

owswf

wfws

o

b) Gradiente estático y gradiente fluyendo abajo del punto de inyección:

Para una densidad de 35 °API y con 0 % de agua, se obtiene un gradiente de 0.368

[psi/pie] (figura 3K).

piedinámicoNivel

pieestáticoNivel

48.2293368.0

21008000

52.1206368.0

25008000

Solución

c)Gradientes de gas a la presión de operación y a la presión disponible:

De la gráfica 3A-1

F

dprofundida

T

dprofundidadepiecadaporpglbP

tieneseconypglbCon

calculada

g

1492

1008000

6.170100

2

1006.170100

1000/19

:,65.0/800

2

2

Solución

piecadaporpglbP

piepglb

PunatieneseconypglbCon

piepglb

TT

PP

corregida

g

real

calculada

leídacorregida

1000/17.21460150460149

2.21

1000/2.21

,65.0/900

1000/97.18

460150460149

19460

460

2

22

2

Solución

Entonces, las líneas de gradiente del gas son:

Profundidad [pie] Pop [psi] Pdisp [psi]

0 800 900

1000 818.97 921.17

2000 837.94 942.33

3000 856.91 963.50

4000 875.88 984.66

5000 894.84 1005.83

6000 913.81 1026.99

7000 932.78 1048.16

8000 951.75 1069.32

Solución

d)Línea de gradiente del fluido de control:

gradFc = 0.45 [psi/pie]

Presión=Pwh+(gradFc)* (profundidad)

Profundidad [pie] P [psi]

0 100

250 212.5

500 325.0

750 437.5

1000 550.0

1250 662.5

1500 775.0

1750 887.5

2000 1000.0

Solución

e)Restándole 100 [psi] al punto de balance, se obtiene el punto de inyección, el cual está a una profundidad de 4300 [pie].

f) Presión de apertura de cada válvula a la profundidad correspondiente (Pvo) y presión de calibración del domo (Pd):

pie1000

lb/pg20.7

:,65.0/875

:1

2

2

P

tieneseconypglbPCon

Válvula

gso

Solución

REALIZAR EL ESPACIAMIENTO DE TODAS LAS

VALVULAS

corregidasovo PPP

FT

FT

real

calculada

9.1112

75.123100

8.992

100

1850 6.170100

2

2

/48.91248.37875

/48.3718504609.1114608.99

10007.20

pglbPPP

pglbP

corregidasovo

corregida

Solución

2/99.802)48.912)(8800.0(,

)75.123@)((75.123@

60@

8800.0,1.30

pglbPEntonces

FPCPFP

FPC

CtablalaDe

d

votdvo

dt

t

Solución

OBTENER LA INFORMACIÓN PARA LAS DEMAS VALVULAS

g) Cálculo del gasto de gas:

qgi = (RGAI)qo

Con la RGA de inyección de 400 [pie3

/bl]

qgi = (400)*800 = 320 000 [pie3

/día]

Factor de corrección del gasto de gas de inyección:

Fc = 0.0544(g*T)0.5

= 0.0544[0.65(153.75+460)] 0.5

Fc = 1.086554039

Entonces, el gasto de gas de inyección corregido es:

qgic = (320 000)(1.086554039) = 347697.2925 [pie3

/día]

Solución A.- CONSTRUIR TABLA DE RESULTADOS

B.- VER INFORMACIÓN DE LA ÚLTIMA VÁLVULA

**VALVULA OPERANTE**

Recordando que:

v

p

k

k

k

g

gd

c

ck

PP

PP

kTk

P

qAC

5.01

1

2

2

1

21 )1)(460(

34.64500155

Diámetro del orificio de la válvula

T, temperatura



adapudeavosend

ACd

o

do

lg64:

π4

645.0

pgpg

AC

AC

d

d

163

6411

022123906.0464

022123906.0

66.880800

66.880800

)126.1)(46075.153)(65.0()26.1(34.64

)66.880(500155

2925.347697

5.0

5.0

26.1

126.1

26.1

2

h) Diámetro del orificio.

Relación de calores específicos, con TPI = 153.75 [°F]

g = 0.65, se obtiene que k = 1.26 (figura 2.20A)

Solución

Pso

Pvo

g) Resultados

Válvula

Profundidad [pie]

T [°F] Pso [psi] Pcorreg [psi] Pvo [psi] Ct Pd [psi]

1 1850123.7

5875 37.48 912.48

0.8800

802.99

2 3100138.7

5850 60.97 910.97

0.8555

779.34

3 3900148.7

5825 74.99 899.99

0.8400

755.99

4 4300153.7

5800 80.66 880.66

0.8325

733.15

5 4550156.9

0775 83.17 858.17

0.8270

709.70

Solución

1206.52 Nivel

Estático

2293.48 Nivel

Dinámico

Gradiente

Estático

25002100

Gradiente Fluyendo

abajo


Pdisp

900

P so

800

Gradiente del gas

de Inyección

Punto de

Balance

Punto de

Inyección

P th

100

Gradiente Fluyendo

Arriba del Punto de

Inyección (RGAI=400)

Gradiente de

Fluido de ControlV1

V2

V3

V4

100 [°F] 200 [°F]

100 [°F] 200 [°F]

0

0

500

1000

1000 1500 2000 2500 3000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

Presión [psi]

VÁLVULAS BALANCEADAS DE BNC (EJEMPLO)

Pro

fun

did

ad

[pie

]

a).-Realizar el ejercicio de clase completo.

b).-Realizar el diseño de una instalación de BNC con válvulas balanceadas operadas por presión de gas de inyección, bajo las características siguientes (presentar tabla de resultados):

900 [lb/pg2

]

40 °API

Presión superficial disponible =

Densidad del aceite =

qo =

Pws =

IP =

TP =

Profundidad media del intervalo

disparado =

Densidad del gas de inyección =

Pth =


Temperatura en el fondo del pozo =


700 [bpd] (95% agua)

2900 [lb/pg2

]

7 [bpd/ lb/pg2

]

2 3/8 [pg] d.e. (1.995 pg. d.i)

8000 [pie]

0.65

100 [lb/pg2

]

150 [°F]

210 [°F]

0.5 [lb/pg2

/pie]

Tarea 11.- EQUIPO No.5. 17 Septiembre 2012

INFORMACIÓN:

RGA de inyección de 500 [pie3

/bl]

EQUIPO: 2 alumnos

Tfondo =

P en la válvula operante =

Tcalculada en el taller =

RGAN =

228 [°F]

100 [psi]

60 [°F]

200 [pie3/bbl]

qo =

Pdisponible =

Pop =

Pwh =

del gas de inyección =

Densidad del fluido de control =

TR =

TP =

Profundidad media del IP =

Twh =

2000 [bpd] (0 % de agua)

1000 [psi]

950 [psi]

100 [psi]

0.65

0.85

6 ⅝ [pg]

2 ⅞ [pg]

8000 [pie]

100 [°F]

1. Realizar el diseño y mostrar las tablas de resultados para una

instalación de BNC con válvulas desbalanceadas, dados los siguientes

datos:

IP= 2.5 (bpd/psi) DENSIDAD DEL ACEITE= 35 API Pws= 3000 (psi)

EMPLEAR VALVULAS CAMCO sin resorte

RGAT= 350 pie3/bbl

EJEMPLO BN CON VALVULAS DESBALANCEADAS

Pvo diseño

[psi]

Pd @ Tv

[psi]Psc [psi]

Pd @ 60 [°F]

[psi]Ptro [psi]

Pvo real [psi]

Pso real [psi]

Válvula

Profundidad

[pie]T [° F]

Pt diseño

[psi]

Pt fluyendo

[psi]

Pso diseño

[psi]

Pcorregida

[psi]

Presentar estos resultados con el método gráfico:

a)Con el IP, se obtiene Pwf para un gasto de 2000 [bpd].

psiIP

qPP o

wswf 22005.2

20003000

b) Nivel dinámico y gradiente fluyendo abajo del punto de inyección:

Para una densidad relativa del aceite de 0.85 (aproximadamente 35 °API) y con 0 % de

agua, se obtiene un gradiente de 0.368 [psi/pie] (figura 3K).

piedinámicoNivel 74.2021368.0

22008000

Solución

c) Gradientes de gas a la presión de operación y a la presión disponible:

FT

piepglb

P

tieneseconypglbCon

AgráficalaDe

calculada

g

1492

1008000

6.170100

1000/5.22

:,65.0/950

:13

2

2

Solución

pie

pglbP

piepglb

PunatieneseconypsiCon

piepglb

TT

PP

corregida

g

real

calculada

leídacorregida

1000/94.22

460164460149

5.23

1000/5.23

,65.01000

1000/96.21

460164460149

5.22460

460

2

2

2

Solución

• Presión de operación: Para 0 [pie], Pso = 950 [psi] Para 8000 [pie], Pso = 950 + (8*21.96) = 1125.67

[psi]

• Presión disponible: Para 0 [pie], Pdisp = 1000 [psi] Para 8000 [pie], Pdisp = 1000 + (8*22.94) =

1183.48 [psi]

Entonces, las líneas de gradiente del gas pueden trazarse de la siguiente manera:

Solución

En la tares, realizar la tabla de Profundidades vs Presiones.

Comparar las líneas de gradientes obtenidas de las dos formas

d) De la intersección del gradiente de presión de operación con el gradiente dinámico se

obtiene el punto de balance, el cual se encuentra a una presión de 1056.52 [psi].

piepsi

gradEntonces

pgpie

glb

piecm

cmg

cmg

Fc

FcFc

37.0,

121

59237.4531

148.30

85.0

85.085.0

23

3

3

Restando 100 [psi] al punto de balance sobre la línea de gradiente dinámico, se obtiene el

punto de inyección a 4600 [pie] con una presión de 956.52 [psi]

Solución

En la tarea, explicar como se obtiene el gradiente

FLUIDO DE CONTROL:

e) Línea del gradiente del fluido de control:

gradFc = 0.37 [psi/pie]

Presión = Pwh + (gradFc)(profundidad)

Profundidad [pie] P [psi]

0 100

250 192.5

500 285.0

750 377.5

1000 470.0

1250 562.5

1500 655.0

1750 747.5

2000 840.0

Solución

Mediante la gráfica se obtienen los siguientes resultados:

VálvulaProfundidad

[pie]T [° F] Pt diseño [psi] Pt fluyendo [psi] Pso diseño [psi]

1 2600141.2

5660.86 528.69 950

2 3560157.5

0800.00 720.00 940

3 4200166.2

5886.95 852.17 930

4 4600173.1

3956.52 956.52 920

Solución

f) Presión de apertura de cada válvula a la profundidad correspondiente (Pvo):

FT

FT

piepglb

P

tieneseconypsiPCon

Válvula

real

calculada

gso

6.1202

25.141100

8.1052

1002600

6.170100

1000/5.22

:,65.0950

:1

2

Solución

Resultados:

Válvula Profundidad [pie] T [°F] Pso diseño [psi] Pcorregida [psi] Pvo diseño [psi]

1 2600 141.25 950 57.01 1007.01

2 3560 157.50 940 76.30 1016.30

3 4200 166.25 930 89.73 1019.73

4 4600 173.13 920 96.46 1016.46

psiPPP

psiP

corregidasovo

corregida

01.100701.57950

01.5726004606.1204608.105

10005.22

Solución

g) Cálculo del gasto de gas:

qgi = (RGAT-RGAN)*qo

qgi = (350-200)*2000 = 300 000 [pie3

/día]

Factor de corrección del gasto de gas de inyección:

Fc=0.0544(g*T)0.5

=0.0544[0.65(173.13+460)]0.5

= 1.103575434

Entonces, el gasto de gas de inyección corregido es:

qgic = (300 000)(1.103575434) = 331 072.6301 [pie3

/día]

h) Diámetro del orificio.

Relación de calores específicos, con TPI = 173.13 [°F] y g = 0.65, se obtiene que k =

1.255 (figura 2.20A)

Solución

Válvula inyección

Relación de calores específicos en función de la temperatura y la densidad

relativa

• Diámetro del orificio:

adapudeavosend

ACd

o

do

lg64:

π4

645.0

Cálculo del diámetro del orificio de la válvula

Donde:

v

p

k

k

k

g

gd

c

ck

PP

PP

kTk

P

qAC

5.01

1

2

2

1

21 )1)(460(

34.64500155

Cálculo del diámetro del orificio de la válvula

T, temperatura



pgpg

AC

AC

d

d

16

3

64

11

022623441.0464

022623441.0

46.1016

52.956

46.1016

52.956

)1255.1)(46013.173)(65.0(

)255.1(34.64)46.1016(500155

6301.331072

5.0

5.0

255.1

1255.1

255.1

2

Solución

Pt diseño

Pvo diseño


presión


Haciendo uso de las tablas CAMCO, las válvulas que más se aproximan son las de

Seleccionando válvulas AK sin resorte y del diámetro mencionado:

pg163

09360.0

3109.00291.0

:

0291.03109.0

R

A

AREntonces

AyA

b

p

Pb

Solución

Del catalogo del fabricante:

i) Con los resultados anteriores, puede continuarse con el cálculo de la presión del domo a

la temperatura de cada válvula.

Pd @ Tv= Pvo diseño (1 - R) + (Pt diseño)(R)

j) Para obtener la presión superficial de cierre (Psc), se utiliza la siguiente ecuación:

Psc = Pd @ Tv - Pcorregida

Solución

Pcorregida CALCULADA ANTERIORMENTE f).-

k) Utilizando el factor de corrección por temperatura para cada válvula, se obtiene el valor

de la presión de cierre a 60 [°F].

Pd @ 60 [°F] = Pd @ TV * Ct

l) Para calcular la presión de apertura en el taller para cada válvula @ 60 [°F] (Ptro) se

utiliza la siguiente expresión:

R1

F60@PP d

tro

Solución

m)Para determinar la presión de apertura de cada válvula a la profundidad correspondiente,

se hace mediante la ecuación:

n) La presión superficial de apertura de cada válvula bajo condiciones reales de operación

se calcula mediante la siguiente expresión:

R

PRTPP fluyendotvd

realvo

1

@

corregidarealvorealso PPP

Solución

Pvo diseño

[psi]

Pd @ Tv

[psi]Psc [psi]

Pd @ 60 [°F]

[psi]Ptro [psi]

Pvo real [psi]

Pso real [psi]

1007.01

974.61 917.60 830.37 916.12 1020.66 963.65

1016.30

996.05 919.75 823.24 908.25 1024.56 948.26

1019.73

1007.30 917.57 819.94 904.61 1023.32 933.59

1016.46

1010.85 914.39 813.73 897.76 1016.46 920

Válvula

Profundidad

[pie]T [° F]

Pt diseño

[psi]

Pt fluyendo

[psi]

Pso diseño

[psi]

Pcorregida

[psi]

1 2600 141.25 660.86 528.69 950 57.01

2 3560 157.50 800.00 720.00 940 76.30

3 4200 166.25 886.95 852.17 930 89.73

4 4600 173.13 956.52 956.52 920 96.46

Resultados

Nivel

Dinámico

2200

P so

950

Gradiente del

gas de Inyección

P disp

Presión en la TP

de Diseño

Presión en la TP

fluyendo real

(RGAT=350)

Pwh

Gradiente de Fluido

de Control

Punto de

Inyección

Punto de

Balance

V1

V2

V3

V4

Para obtener las

Temperaturas

100 [°F] 200 [°F]

100 [°F]200 [°F]

T v1

T v2

T v3

T v4

Para Obtener Pt

diseño para cada

válvulaPara obtener la Pt real para

cada válvula

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

0 100 300500 10000 1500 2000 2500 3000

Presión [psi]

Pro

fun

did

ad

[p

ie]

VALVULAS DESBALANCEADAS DE BNC (EJEMPLO)

Tfondo =

P en la válvula operante =

Tcalculada en el taller =

RGA inyección =

200 [°F]

100 [psi]

60 [°F]

150 [pie3/bbl]

qo =

Pdis

Pop =

Pwh =

del gas de inyección =


TR =

TP =

Profundidad =

Twh =

1000 [bpd] (90 % de agua)

= 900 psi

850 [psi]

100 [psi]

0.65

0.5 psi/pie

7 [pg]

2 7/8

[pg] (2 ½ pg. d.i.)

8 000 [pie]

130 [°F]

b).- Diseñar la instalación de BNC con válvulas desbalanceadas considerando la siguiente información.

Proporcionar todos los resultados obtenidos en el ejemplo de clase (gráfico y tablas), además del tipo de

válvula más adecuada (considerar válvulas CAMCO).

IP= 1.0 (bpd/psi) DENSIDAD DEL ACEITE= 35 API Pws= 3300 (psi)

Tarea 12.- EQUIPO No.6. 24 Septiembre 2012

a).- Realizar el ejemplo completo de clase

EQUIPO: 2 alumnos

Tarea 13- Resumen artículo:


“Stability Maps for Continuous Gas-Lift Wells: A New

Approach to Solving an Old Problem”

SPE 90644

Y.V. Fairuzov, SPE

2004

DIAGNÓSTICODE

FALLAS DEL BN

Mediante el análisis de las presiones superficiales en las tuberías de revestimiento y producción, se pueden diagnosticar muchos problemas.

Este análisis permite corregir problemas existentes sin necesidad del empleo de registros subsuperficiales o de la realización de reparaciones al aparejos de producción.

Las gráficas empleadas pueden utilizarse para el análisis de instalaciones de bombeo neumático continuo e intermitente.

Diagnóstico de Fallas


Una instalación de BN siempre debe contar

con un registrador de presión.

TOMA DE LA PRESIÓN EN TP

TOMA DE LA PRESIÓN EN TR

Es posible determinar:

a) Secuencia de la descarga del pozo.

b) Operación de la válvula operante.

c) Fugas en el aparejo de producción.

d) Incremento excesivo de la presión en la TR

durante la inyección.

e) Apertura de una o más válvulas por ciclo de

inyección.

f) Apertura y cierre de la válvula operante en flujo

continuo.


en el fondo

Con las presiones superficiales en TR y TP se pueden determinar también:

a) Fugas en el asiento de la válvula

motora del control de tiempo en el

BNI.

b) Fallas mecánicas del sistema de

relojería en el BNI.


en la superficie

BOMBEO NEUMÁTICO INTERMITENTE

Con las presiones superficiales en TR y TP se pueden determinar también:

c) Congelamiento en la línea de inyección de gas.

d) Pérdidas de presión en la línea de inyección.

e) Volumen de gas de inyección inadecuado en el

sistema.

f) Excesiva contrapresión en la cabeza del pozo.


en la superficie

COMPARACIÓN EN POZO RODADOR 519

PRIMER EXAMEN PARCIAL (DISEÑO BNC)

26 DE SEPTIEMBRE 2012

FIN DEL TEMA 219 Septiembre 2012

Ab = área efectiva del fuelle, [pg2]

Ap = Av = área del asiento de la válvula, [pg2]

Pbt = presión interna del domo de la válvula a la temperatura base, [psi]

Pc = presión en la TR requerida para abrir la válvula bajo condiciones de operación, [psi]

Pd = presión interna del domo de la válvula a la temperatura de operación, [psi]

Pg = presión del gas de inyección en el espacio anular frente a la válvula, [psi]

Po = presión de apertura de la válvula en el probador a la temperatura base, [psi]

Nomenclatura

Psc = presión del gas de inyección en la superficie

para cerrar la válvula, [psi]

Pso = presión del gas de inyección en la superficie

para abrir la válvula, [psi]

Pst = presión equivalente causada por la fuerza del

resorte aplicada sobre el área (Ab - Av), [psi]

Pt = presión en la TP frente a la válvula, [psi]

Ptro = presión de apertura de la válvula en el taller,

[psi]

Pvo = presión del gas de inyección frente a la válvula

en el momento de abrir, [psi]

Nomenclatura

Pvc = presión del gas de inyección frente a la válvula

en el momento de cerrar, [psi]

T = temperatura base de calibración de las válvulas en el probador a 60 u 80 [°F]

Tv = temperatura de operación de la válvula dentro

del pozo, [°R]

Z = factor de desviación del gas utilizado en el domo de la válvula @ Pb y T

Zv = factor de desviación del gas utilizado en el

domo de la válvula @ PbT y Tv

Nomenclatura

Documents

Tema 2 Bombeo Neumatico 7 Febrero 2013