República Bolivariana de Venezuela

Ministerio del Poder Popular para la Educación Superior

Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño”

Ampliación Maracaibo

Asignatura: Producción de Hidrocarburos

ANÁLISIS NODAL COMO METODO PARA OPTIMIZAR LA

PRODUCCIÓN DE LOS POZOS PRODUCTORES

INTEGRANTES

BERMUDEZ, EMMANUEL 20.864.775

CARDOZO, YASMILEIDY 23.837.329

DORANTE, LILIBEHT 18.526.784

GONZALEZ, MAURO 19.706.468

PEREZ, GISEL 21.511.852

SALAS, KARLET 19.506.111

Maracaibo, Febrero del 2015

ESQUEMA

Introducción

Contextualización

Análisis Nodal

Nodos

Ubicación de los nodos

Optimización del sistema de producción aplicando análisis nodal.

Aplicaciones de análisis Nodal

Objetivos de la análisis Nodal

Condiciones para la aplicación del análisis nodal

Procedimiento para aplicar análisis nodal.

Análisis de sensibilidades.

Uso del PIPESIM para análisis nodal

Importancia

Conclusión

INTRODUCCIÓN

Cabe señalar, que el rol principal de la Ingeniería de producción es

maximizar la productividad de los pozos petroleros de manera

económicamente rentable y eficiente. Por tal motivo, las empresas abocadas

a la extracción de fluidos desde el yacimiento cada vez más se preocupan

por realizar proyectos que estén orientados a la optimización de la

producción, utilizando para ello las técnicas o metodologías más apropiadas

que permitan alcanzar todos los objetivos planteados.

Ciertamente, una de las técnicas más empleadas para optimizar los

sistemas de producción es el Análisis Nodal, puesto que permite analizar con

exhaustividad y minuciosidad los problemas de producción presentes en los

pozos productores de petróleo y gas, así mismo predecir el comportamiento

del sistema de producción pozo-yacimiento previamente, durante y luego de

vida productiva del mismo.

Una vez establecidos cada uno de los parámetros del sistema de

producción, podría ser empleado el análisis nodal como método para

predecir el comportamiento futuro de la producción del pozo y para

determinar la capacidad de aporte del yacimiento, de forma que en función a

ello puedan presentarse una serie de alternativas o posibles esquemas de

producción, que permitan llevar a cabo un estudio arduo con el fin de

alcanzar la mayor tasa de retorno de hidrocarburos bajo el mayor

rendimiento, por supuesto tomando en cuenta la rentabilidad de cada una de

estas opciones que surgen del estudio.

Contextualización del Problema

A nivel mundial las compañías productoras de petróleo y gas realizan

continuamente grandes esfuerzos para optimizar sus sistemas de

producción. Estos esfuerzos están dirigidos, a mediano y largo plazo y con el

objetivo de maximizar el factor de recobro de los yacimientos. Cabe destacar,

que a corto plazo se debe acelerar el recobro de las reservas recuperables, a

fin de cubrir la demanda energética mundial lo cual constituye el núcleo o

epicentro del negocio de la producción petrolera.

Adicionalmente, una de las técnicas más empleadas para optimizar los

sistemas de producción de crudo y gas; dado a su comprobada efectividad y

confiabilidad a nivel mundial, es el análisis nodal del sistema de producción,

el cual permite evaluar la infraestructura tanto de superficie como de

subsuelo, para reflejar el verdadero potencial de producción de los pozos

asociados a los yacimientos del sistema total de producción.

En Venezuela, la aplicación de esta metodología ha tenido resultados muy

favorables, es decir, ha sido una herramienta útil para realizar la mejor

selección del sistema de producción de los pozos nuevos próximos a la

producción, así como también, ha influido en la modificación del sistema de

producción de aquellos pozos que han estado en producción, pero que no

cumplieron con las tasas esperadas con respecto al potencial, debido a un

cambio de las condiciones iniciales de los mismo.

Resulta claro, que para aplicar el análisis nodal a los pozos productores de

petróleo y gas, se consideran al menos tres nodos de manera que esta

metodología muestre una secuencia adecuada de los pasos a seguir para

realizar de manera exitosa la determinación de las condiciones más óptimas

de operar el pozo, tomando como nodo solución al yacimiento, el fondo del

pozo y cabezal del pozo.

En base a lo señalado anteriormente, se propuso llevar a cabo la presente

investigación, la cual está orientada a describir el análisis nodal como

método para la optimización de pozos productores de petróleo y gas,

considerando de igual manera los aspectos más resaltantes e influyentes en

la aplicación de esta metodología tan importante en la rama de la ingeniería

de producción.

Análisis nodal

El análisis nodal es una metodología empleada por el ingeniero de

producción, para predecir o inferir el método de producción a emplear en

pozos de estudio o desarrollo, así como también es una herramienta útil e

imprescindible en los pozos productores, cuando estos presentan problemas

operacionales que influyen en la producción del mismo, es decir, existe una

disminución de la tasa de producción compromiso del pozo explotado, sin

embargo, una vez puesto en producción el pozo, el ingeniero está en

capacidad de evitar tal circunstancia empleando metodologías como el

análisis nodal, bien sea de manera manuscrita o usando software para ello.

Básicamente es una técnica que permite tanto determinar cómo

describir el comportamiento actual y futuro de un pozo productor de

hidrocarburos. El análisis nodal consiste en dividir el sistema de producción

en nodos de solución para calcular las caídas de presión, así como también

el agotamiento de los fluidos producidos, y de esta manera, poder determinar

las curvas de comportamiento de afluencia y el potencial de producción de

un yacimiento.

Como resultado de este análisis se obtiene generalmente un

incremento en la producción y el mejoramiento de la eficiencia de flujo

cuando se trata de un pozo productor, pero cuando se trata de un pozo

nuevo, permite definir el diámetro óptimo de las tuberías de producción, del

estrangulador, y línea de descarga por el cual debe fluir dicho pozo, así como

predecir su comportamiento de flujo (aporte de hidrocarburos) y presión para

diferentes condiciones de operación.

Nodo

Es un punto de división en el sistema que permite aislar los

componentes en estudio del sistema de producción. Un nodo es clasificado

como funcional cuando existe una presión diferencial a través de él y la

respuesta de presión, o tasa de flujo puede ser representada mediante una

función matemática o física. Para optimizar efectivamente el sistema, cada

componente debe ser evaluado separadamente y luego como un grupo para

evaluar el sistema de producción completo del pozo.

El efecto de cambio en uno de los componentes o en el sistema

completo es muy importante y puede ser mostrado gráficamente con el

análisis de pozos. Varias posiciones son seleccionadas para nodos solución

y las pérdidas de presión convergen sobre ese punto en varias direcciones y

va a depender de la necesidad que se tenga de conocer su efecto sobre el

sistema completo.

Ubicación de los Nodos

Mediante el uso del análisis nodal tanto para pozos en desarrollo,

como en pozos productores de hidrocarburos (petróleo y gas), pueden

dividirse en distintos puntos de partidas, cada uno aislado en primera

instancia de los otros, sin embargo, generalmente se establecen tres nodos

principales en el sistema yacimiento-pozo, con el objetivo de describir el

comportamiento en cada uno de ellos. Comúnmente suelen establecerse

como mínimo tres nodos, situados en puntos estratégicos para obtener un

amplio panorama de la producción del pozo, así tomar decisiones apropiadas

concernientes a la extracción de hidrocarburos. A continuación se explican

los principales nodos a ubicar en el sistema yacimiento-pozo:

Ubicación del nodo en fondo del pozo

Permite obtener la tasa del sistema y la presión de fondo fluyente del

pozo para ciertas condiciones establecidas. Esto ocurre a una profundidad

correspondiente al centro del intervalo perforado. Generalmente, este es el

punto nodal más usado.

Ubicación del nodo en el tope del pozo

En este punto se visualiza los efectos de un cambio en las

instalaciones de superficie.

Ubicación del nodo en el separador

Facilita la observación de los cambios en la producción del pozo por

efecto de una variación en la presión de separación. Cuando se realiza un

análisis nodal se debe tener en cuenta que solo existirá para el nodo una

presión y una tasa de flujo, donde el flujo encontrado es igual al flujo saliendo

del nodo (balance de masas).

Optimización Aplicando Análisis Nodal

Consiste en realizar varios análisis de sensibilidad de la variables más

importantes y cuantificar su impacto sobre la producción. Las variables que

mayor impacto tienen sobre la producción son los cuellos de botella del

sistema. Las oportunidades de mejorar se deben buscar tanto en variables

de oferta y en variables de demanda. Finalmente se selecciona la mejor

opción técnico económico.

Objetivos del análisis nodal

Predecir el comportamiento del flujo con las condiciones actuales

Predecir el comportamiento del flujo al variar los parámetros en algún

nodo del sistema

Tomar decisiones para optimizar las condiciones de flujo, en base a

parámetros de volumen de producción, gastos críticos y parámetros

económicos.

Aplicaciones del Análisis Nodal

Seleccionar el diámetro óptimo de la línea o tubería de descarga.

Seleccionar el diámetro optimo de la tubería de producción

Diseñar empacamiento de grava para los pozos que lo requieran

Dimensionar estrangulador superficial

Dimensionar válvulas subsuperficial

Analizar la existencia de restricciones al flujo en el sistema integral de

producción

Diseñar un sistema de producción artificial. Otros.

Condiciones para aplicar el Análisis Nodal

Siempre debe conocerse o suponerse la presión en el inicio y al final

del sistema

En el nodo de solución, las condiciones de presión y/o gasto debe ser

idénticos para cada subsistema analizado.

Los nodos de solución pueden ser los extremos de todo el sistema o

bien, los puntos de unión

Procedimiento para aplicar Análisis Nodal (Lili)

El procedimiento del análisis nodal ha sido reconocido en la industria

petrolera como un medio adecuado para el diseño y evaluación, tanto en

pozos fluyentes como en pozos que cuentan con un sistema artificial de

producción, debido a las necesidades mayor de energéticos, y a los

incentivos derivados del precio de los hidrocarburos. En el análisis nodal se

evalúa un sistema de producción dividiéndole en tres componentes básicos:

1. Flujo a través de un medio poroso (Yacimiento), considerando el daño

ocasionado por lodos de perforación, cementos, otros.

2. Flujo a través de la tubería vertical (Aparejo de producción),

considerando cualquier posible restricción como empacamientos,

válvulas de seguridad, estranguladores de fondo otros.

3. El flujo a través de la tubería horizontal (línea de descarga),

considerando el manejo de estranguladores en superficie.

Para la predicción del comportamiento de cada uno de los

componentes, se obtiene la caída de presión en cada uno de ellos. Para

la obtención de la caída de presión, se deben asignar nodos en los

puntos importantes dentro del sistema de producción, por lo tanto, se

varían los gastos de producción y empleando un método de cálculo y

correlación adecuada, se calcula la caída de presión entre dos nodos.

Después de seleccionar un nodo de solución, las caídas de presión

son sumadas o restadas al punto de presión inicial o nodo de partida, el cual

generalmente es la presión estática del yacimiento, hasta alcanzar la

convergencia en las iteraciones de cálculo para obtener el valor del nodo

solución. Para utilizar el concepto nodal, al menos se deberá conocer la

presión en el punto de partida.

En un sistema de producción se conocen siempre dos presiones, las

cuales se consideran constantes para fines de cálculos, siendo estas la

presión estática del yacimiento (Pws) y la presión de separación en la

superficie (Psep). Por lo tanto, los cálculos pueden iniciar con cualquiera de

ellas, para después determinar la presión en los nodos de solución

intermedio entre estas posiciones de partida.

Los resultados del análisis del sistema no solamente permitirán la

definición de la capacidad de producción de un pozo para una determinada

serie de condiciones, sino que también muestran los cambios en cualquiera

de los parámetros que afectan su comportamiento. Por lo tanto, el resultado

es la identificación de los parámetros que controlan el flujo en el sistema de

producción.

Las curvas de comportamiento de afluencia obtenidas, son función de

los siguientes puntos clave del sistema:

a) Características del yacimiento.

b) Características de la tubería de producción y línea de descarga.

c) Presión en el nodo inicial y final del sistema.

d) Porcentaje de agua producido

e) Relación gas-líquido

f) Longitud de las tuberías.

g) Temperatura

h) Características de los fluidos a manejar

i) Topografía del terreno en el caso de la línea de descarga.

j) Grado de desviación del pozo.

La selección del nodo o nodos iniciales depende grandemente del

componente del sistema que se desea evaluar, pero su posición deberá ser

tal que muestre, de la mejor manera posible, la respuesta del sistema a una

serie de condiciones, para que como resultado final se tenga una evaluación

total del problema, dando así una solución confiable. Un punto importante es

que, además de las razones técnicas, se tendrá que aportar también una

justificación económica, validando con ello de manera completa la solución

encontrada.

Análisis de Sensibilidades

En algún momento de la vida productiva del pozo, hay siempre dos

presiones que permanecen fijas y no son función del caudal. Una de esas

presiones es la presión promedio del reservorio y otra es la presión de salida

del sistema.

La presión de salida es generalmente la presión del separador pero

si la presión del pozo es controlada con un orificio en la superficie, la presión

fija a la salida del sistema será Pwh. Una vez que el nodo es seleccionado la

presión del nodo es calculada en ambas direcciones comenzando desde las

fijas.

La caída de presión, en cualquier componente varia con el caudal. Por

lo tanto un grafico de la presión del nodo vs el caudal producirá dos curvas,

la cuales se interceptan satisfaciendo las dos condiciones 1 y 2 antes

mencionadas. Este procedimiento es ilustrado en el siguiente grafico:

En otro orden de ideas, el análisis de sensibilidades permite identificar

la tasa de producción existente en base a la presión del nodo (diferencial de

presion en un componente) en ambas direcciones, tanto en entrada como en

la salida del mismo, lo cual se puede observar mediante una representación

gráfica (presión del nodo vs caudal), sabiendo que el nodo es un punto de

división de un componente del sistema de producción.

A medida, que se cambia algún componente del sistema de

producción, de igual manera existirá un cambio en la intersección de las

curvas, ocasionando una nueva tasa de producción y una presión en el nodo.

Sin embargo, las curvas se pueden desplazar si existen cambios en los

puntos de condiciones fijas (presión del yacimiento y un cambio en las

presiones del separador o instalaciones receptoras en superficie).

Una de las variaciones más notables en las curvas, es cuando se

cambia el diámetro del tubing o tuberías de producción, lo cual conlleva de

igual manera la modificación del caudal o tasa de producción. Por ejemplo,

mientras mayor sea el diámetro del tubing, también será mayor el caudal de

producción. La idea principal del análisis de sensibilidades es evaluar y

seleccionar la tasa de producción más apropiada como resultado del cambio

en los componentes del sistema de producción, es decir, alcanzar la tasa

maxima de producción al menor costo posible.

Uso del PIPESIM para análisis Nodal

PIPESIM fue desarrollado originalmente por la empresa de Baker

Jardine. Baker, Jardine se formó en 1985 para proporcionar software y

servicios de consultoría para la industria de petróleo y gas. En abril de 2001,

Baker Jardine fue adquirida por Schlumberger.

El software PIPESIM constituye una forma minuciosa, rápida y

eficiente de ayudar a incrementar la producción y conocer el potencial de un

yacimiento. PIPESIM no sólo modela el flujo multifásico desde el yacimiento

hasta el cabezal del pozo, sino que además tiene en cuenta el desempeño

de la línea de flujo y de las instalaciones de superficie para proveer un

análisis integral del sistema de producción.

Las aplicaciones típicas del modelo incluyen:

• El diseño del pozo.

• Optimización de la producción diaria por cada pozo.

• Modelado de pozo horizontal (incluyendo la determinación óptima de

longitud horizontal de terminación).

• Diseño de Pozos inyectores.

Los datos requeridos para correr el simulador de análisis nodal son:

Datos del yacimiento

Daño de la formación

Presión Promedio del yacimiento

Presión de fondo fluyente

Temperatura

Permeabilidad

Espesor de la arena productora

Porosidad

Radio de drenaje

Compresibilidad de la formación

Datos del Pozo

Estado mecánico del pozo

Intervalo productor disparado

Temperatura de superficie

Datos de producción:

Producción de petróleo

Producción de agua

Relación Gas/Petróleo

Historial de producción

Presión de superficie

Datos del sistema de levantamiento artificial

Datos de los fluidos producidos

Gravedad especifica de los fluidos producidos

Relación de solubilidad Rsi

Presión de burbuja

IMPORTANCIA (Emmanuel)

Como ha sido reiterativo en la presente investigación, el análisis nodal

es una herramienta o metodología de gran utilidad para el ingeniero de

producción, ya que permite básicamente realizar estudios exhaustivos tanto

en pozos productores de petróleo como en pozos productores de gas; antes,

durante y luego de la vida productiva del pozo. Desde esta perspectiva

puede empezar a observarse y detallarse la esencia y por tanto la principal

importancia en cuanto a la utilidad del análisis nodal se refiere.

Sin embargo existen otros puntos de vistas o criterios de diferentes

autores en lo concerniente a la importancia en la corrida del análisis nodal,

en la cual no está demás apuntar, puede efectuarse de manera manuscrita o

bien, empleando software de simulación. Algunos de los mencionados

criterios son los siguientes:

Pabón (2007). El análisis nodal es de gran importancia para el recobro

de fluidos provenientes del yacimiento debido a que por medio de la

utilización de esta herramienta el ingeniero de petróleo y en especial de

producción estará en plena capacidad de reducir hasta el punto mínimo las

perdidas por fricción, así como también reducir las pérdidas en tuberías

horizontales y verticales, considerando lo expuesto por Kermit Brown. Una

vez que el ingeniero de producción defina el comportamiento de producción

en función a lo mencionado, podrá también estar en capacidad de

implementar y desarrollar la forma más óptima de producir dicho pozo, con el

objetivo principal de alcanzar la mayor tasa de retorno, bajo un esquema de

rendimiento aceptable a largo plazo.

Maggiolo (2008). En función a la utilidad de la técnica análisis de nodal

del sistema de producción de pozos de hidrocarburos, la principal

importancia radica en la idea o perspectiva de poder o lograr optimizar la

producción de dichos pozos, es decir, se fundamenta en la realización de un

estudio previo al inicio del periodo productivo del pozo, considerando con ello

la demanda del mercado. En otras palabras este autor expresa que la

importancia radica en la posibilidad de obtener la mayor productividad bajo el

mayor rendimiento posible, por supuesto empleando la menor cantidad de

recursos disponibles.

Mercado (2010). La importancia del análisis nodal está directamente

vinculada a la definición del comportamiento de las curvas de demanda y

oferta, una vez establecidos los principales nodos de estudio del sistema de

producción yacimiento-pozo. En función a estos parámetros considerados

Mercado establece la selección del mejor diseño de completacion para la

producción del pozo, así como también la configuración mecánica del mismo.

En pocas palabras determinar cómo será el comportamiento de la

producción del pozo al implementar a manera de ensayo y error diferentes

configuraciones mecánicas para el sistema de producción, es decir,

diferentes diámetros de tuberías, diámetros de estranguladores de flujo,

aporte de fluidos del yacimiento, RGL del yacimiento, corte de agua, presión

estática de formación o del reservorio y otras variables que inciden en la

construcción y comportamiento de dichas curvas.

En base a lo citado, la presente investigación aportara como importancia

en lo referente al análisis nodal, el poder predecir el comportamiento y la

capacidad de producción de pozos de petróleo y gas a determinadas

condiciones; en este caso las condiciones iniciales cuando el pozo es capaz

de producir por la energía natural aportada por el yacimiento; por otra parte

también realizar estudios de grandes magnitudes y escalas cuando dichas

condiciones iniciales tienden a ser variantes debido a una u otra

circunstancia relacionada con el pozo o el yacimiento.

Así mismo se concluye acotando que el análisis nodal como

herramienta o metodología es de importancia para analizar cada una de las

sensibilidades que puede presentar el sistema de producción, considerando

el comportamiento variante de las curvas de oferta y demanda, en base a lo

cual esta metodología de estudio permitirá establecer y obtener el mayor

recobro de hidrocarburos posible o bien lograr producir la tasa estimada.

CONCLUSIÓN

En base al estudio precedente, resulta claro decir que el uso del

análisis nodal es de gran utilidad en la ingeniería de producción, debido al

poco margen de error que este pueda presentar, puesto que esta

fundamentalmente basado en estudios totalmente minuciosos que permiten

de una u otra forma tomar las decisiones más adecuadas para la

optimización del sistema de producción pozo-yacimiento.

En la actualidad la industria petrolera se ve en la necesidad de

programar proyectos rentables de producción a largo plazo, que generen

grandes dividendos económicos, para ello emplea cada una de las variables

involucradas en la data del sistema de producción, que a su vez permitan

llevar a cabo el análisis nodal mediante algoritmos y ecuaciones matemáticas

sistematizadas en software de simulación, que reducen aún más el margen

de error y proporcionan un aumento representativo de las opciones de

producción.

Es menester hacer referencia o acotar que las empresas petroleras

actuales generan gran demanda de ingenieros totalmente involucrados con

el desarrollo del análisis nodal como técnica o herramienta, sabiendo que la

ingeniería de producción es la principal área de la industria que proporciona

el sustento y desarrollo económico de la nación.

REFERENCIA BIBLIOGRAFICA

Maggiolo, R. (2007). Optimización de la producción mediante análisis nodal.

Lima, Perú.

Pabon, L. (2007). Integración de la ingeniería de yacimientos y producción en

la completacion avanzada de pozos. Trabajo de Grado para optar al título de

Magister Scientiarum en Ingeniería de Petróleo, Universidad del Zulia

https://www.google.co.ve/url?

sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&cad=rja&uact=8&ved=0CBoQFjA

A&url=http%3A%2F%2Ftesis.luz.edu.ve%2Ftde_arquivos%2F99%2FTDE-

2011-07-22T14%3A22%3A32Z-1517%2FPublico

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