Tema 2 Bombeo Neumatico 7 Febrero 2013
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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.
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
Reseña del 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.
Reseña del Bombeo Neumático Continuo
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.
Reseña del Bombeo Neumático Continuo
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
Bombeo Neumático Continuo
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.
Bombeo Neumático Continuo
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.
Presión de apertura en el taller (Ptro)
Presión de apertura en el taller (Ptro)
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@
Presión de apertura en el taller (Ptro)
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.
Válvulas balanceadas (operadas por presión en la TR)
Válvulas balanceadas (operadas por presión en la TR)
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
Válvulas balanceadas (operadas por presión en la TR)
Manga flexible, sella el domo de la válvula
Bombeo neumático intermitente
Bombeo neumático intermitente
Bombeo neumático intermitente
Bombeo neumático intermitente
Bombeo neumático intermitente
Bombeo neumático intermitente
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.
Bombeo neumático intermitente
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.
Válvulas para bombeo neumático intermitente
• 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.
Válvulas para bombeo neumático intermitente
Sección de control
Válvulas para bombeo neumático intermitente
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:
EQUIPO No.4 12 Septiembre 2012
“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.
Determinación del punto de inyección óptimo en una instalación de BNC
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.
Determinación del punto de inyección óptimo en una instalación de BNC
Determinación del punto de inyección óptimo en una instalación de BNC
piefluidoGrad
PwfTotalofdinámicoNivel
piefluidoGrad
PwsTotalofestáticoNivel
..Pr
..Pr
Determinación del punto de inyección óptimo en una instalación de BNC
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.
Determinación del punto de inyección óptimo en una instalación de BNC
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.
Determinación del punto de inyección óptimo en una instalación de BNC
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”.
Determinación del punto de inyección óptimo en una instalación de BNC
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.
Diseño de BNC con válvulas balanceadas
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.
Diseño de BNC con válvulas balanceadas
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.
Diseño de BNC con válvulas balanceadas
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.
Diseño de BNC con válvulas balanceadas
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
Diseño de BNC con válvulas balanceadas
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
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.
Diseño de BNC con válvulas desbalanceadas
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
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.
Diseño de BNC con válvulas desbalanceadas
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]
VALVULAS DESBALANCEADAS DE BNC
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.
Diseño de BNC con válvulas desbalanceadas
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.
Diseño de BNC con válvulas desbalanceadas
Especificaciones para válvulas CAMCO de bombeo neumático operadas por
presión
FUELLE Ab RVALVULA Ap
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@
Diseño de BNC con válvulas desbalanceadas
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.
Diseño de BNC con válvulas desbalanceadas
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 superficial =
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
P1, presión corriente arriba
P2, presión corriente abajo
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
del punto de Inyección
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 superficial =
Temperatura en el fondo del pozo =
Gradiente del fluido de control =
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
P1, presión corriente arriba
P2, presión corriente abajo
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
Especificaciones para válvulas CAMCO de bombeo neumático operadas por
presión
FUELLE Ab RVALVULA Ap
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 =
Gradiente del fluido de control =
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:
EQUIPO No.1 24 Septiembre 2012
“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
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.
Diagnóstico de Fallas
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.
Diagnóstico de Fallas
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.
Diagnóstico de Fallas
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