Dise±o de aparejos de produccion

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Diseo de Aparejos de Produccin CAPTULO III 147 DISEO DE APAREJOS DE PRODUCCIN CAPTULO III Diseo de Aparejos de Produccin CAPTULO III 148 Diseo de Aparejos de Produccin CAPTULO III 149 III III III IIIDISEO DE APAREJOS DE PRODUCCIN. Los aparejos de produccin es el medio por el cual se transporta los fluidos del yacimiento a la superficie y pueden clasificarse dependiendo de los condiciones del yacimiento como: fluyente, bombeo neumtico, bombeo mecnico, bombeo electro-centrifugo y bombeo hidrulico. Debesoportarntegramentelaspresionesylosesfuerzosaqueessometidodurantelas operacionesdeterminacinymantenimiento,talescomoinducciones,pruebasdeadmisin, estimulaciones, fracturamientos, etc., as como durante la vida productiva del pozo. Seleccionar,diseareinstalarunaparejodeproduccinesunapartecrticaencualquier programadeoperacindurantelaintervencindeunpozoyaseaenunaterminaciny/o reparacin. 3 3. .1 1DETERMINACIN DEL DIMETRO DEL APAREJO DE PRODUCCIN. Eldimetrodelaparejodeproduccindebesertalquepermitatransportarlosgastosde produccinesperados,pues,siespequeo,restringirlaproduccin,porelcontrario,sies demasiado grande, el flujo puede ser intermitente o inestable,adems se incrementar el costo del pozo total, pues la geometrade las tuberas de revestimiento dependen directamente del tamao del aparejo de produccin. Presin del yacimiento. Es la presin con la cual aporta la formacin productora los hidrocarburos a travs del sistema deproduccin,yesnecesarioconocerparaidentificareltipodeaparejodeproduccina utilizar. Este parmetro puede obtenerse de las curvas de anlisis de variacin de presin: ndice de Produccin. Dimetro de la tuberade produccin. Presin de trabajo. Presinde fondo fluyendo: se define como lapresin que se encuentra en el fondodel pozo cuando se encuentra produciendo (Pwf). Diseo de Aparejos de Produccin CAPTULO III 150 Presin de fondo esttica: se define como la presin que se encuentra en el fondo del pozo cuando se encuentra sin produccin (Pws). Presin de saturacin: es la presin a la cual se forma la primera burbuja de gas, al pasar de la fase lquida a la regin de dos fases (Pb). 3 3. .1 1. .1 1ndice de productividad. Ley de Darcy. Henry Darcy, investigando el fenmeno de flujo de agua a travs de filtros de arena, estableci larelacinexistenteentreelgastoylapresinpormediodelaleydeDarcy.Dichaley establece, que la creacin de una diferencial de presin P, a lo largo de un empaque de arena de longitud L, resulta en un gasto constante dado por: LPCA q=3.1 Conlaexpresinanterior,Darcymodelaelfenmenodeflujoanivelmicroscpicoenel yacimiento, en trminosde cantidades microscpicas determinadas en laboratorio, sentado as las bases para los clculos de la ingeniera de yacimientos. Ms tarde otros investigadores repitieron el experimento de Darcy con algunas modificaciones, talescomolasdehacerfluiratravsdelempaque,diferenteslquidosyvariarlaposicindel aparato. Con esto ltimo, se pudo cuantificar el efecto que tiene sobre la relacin gasto-presin, el ngulo de inclinacin, la viscosidad y densidad del fluido, obteniendo la siguiente relacin: ((

+=Lsen LgPCA q 3.2 Enlasecuaciones3.1y3.2,Cesunaconstantedeproporcionalidadqueindicatantoel carcterdelfluidocomodelmedioporoso.Fueen1934,cuandoWycoff,Botset,Muskaty MerossepararonlaconstanteCensusdosfactoresindependientes,viscosidady permeabilidad, expresando los efectos del fluido y de la roca. Diseo de Aparejos de Produccin CAPTULO III 151 ConsiderandolosfactoresquedeterminanlaconstanteCyalavelocidaddeflujov,comola relacin del gasto entre el rea de la seccin transversal perpendicular del flujo, es decir Aqv =la ley de Darcy puede expresarse como: dLdP kv =3.3 vA q =dLdP kAq =3.4 Dondelapermeabilidadabsolutak,esunamedidadelafacilidadconlacualunfluidoque saturael100%pasaatravsdeunmedioporosobajocondicioneslaminares.Paraflujode msdeuna faseesconvenienteelusodelapermeabilidadrelativa,definidacomolarelacin delapermeabilidadefectivadelafaseylapermeabilidadabsoluta,esdecirk k kf rf = ,con kf=permeabilidad efectiva. Geometra de flujo. LaaplicacindelaleydeDarcyalflujoenelyacimientorequieredeladefinicindelas fronterasinternayexternadelyacimiento.Ladefinicindelafronterainternadefinela geometra de flujoen las cercanas del pozo, siendo la ms importanteen el establecimiento delcomportamientodelospozos,debidoa queun mayorporcentajedelascadas de presin ocurren en ese lugar. EnlaFiguraIII.1semuestranlasgeometrasdeflujoquepuedenesperarseenlaproduccin dehidrocarburos.Enlospozosproductoresdeaceiteygas,elflujoradialcilndricoes probablemente el ms representativo. Otras geometras de flujo, tambin comunes, son las que sepresentanenpozosparcialmentepenetrantes(flujoesfrico)yenpozosfracturados(flujo lineal y bilineal). Diseo de Aparejos de Produccin CAPTULO III 152 Flujo lineal. Paraflujolineal,considerandounreadeflujoconstante,laecuacin3.5serintegradapara obtener la cada de presin ocurrida a lo largo de la longitud L ver la Figura III.2. Diseo de Aparejos de Produccin CAPTULO III 153 =L 2P10 PdLAqdPk 3.5 Si se considera que k, yq son independientes de la presin, o que puedan ser evaluadas a la presin promedio en el sistema, la ecuacin 3.5 quedara: =L 2P10 PdLAqdP 3.6 ( )2 1P - PL A kq=3.7 ( )2 1P - PA k 10 x1.127q-3= Flujo radial. Para el casode flujo radial de aceite la ecuacin de Darcy puede ser expresada por: drdP kvo=h r 2B qvo o=3.8 En donde el trminoo oB qrepresenta al gasto de aceite que pasa a travs del reaA = 2 r h a condiciones de yacimiento. Para resolver la ecuacin 3.8, solo resta establecer la condicin de frontera externa. Al abrir un pozoa produccin despus de un periodo inicial con presiones y gastos transitorios, la frontera Diseo de Aparejos de Produccin CAPTULO III 154 externaempiezaaafectarlaproduccin.Enlaprctica,seconsiderandoscondicionesde frontera externa: Fronteraexternaapresinconstante:representalafronteraalolargodelacualla presin delyacimientose mantiene ensuvalorinicial.Estacondicin,generalmente es causada por la afluencia de agua proveniente de un acufero asociado. Frontera externa cerrada: representa la frontera a lo largo de la cual no penetran fluidos alreadedrene.Lasfronterassinflujo,tpicamenteresultandebarrerasgeolgicas tales como fallas y cambios de facies. Para el caso de flujo estacionario, considerando condiciones ideales de flujo, esto es, un pozo sin revestimiento que penetra completamenteun yacimiento homogneo e istropo de espesor constanteyqueproduceunlquidoligeramentecompresibleenflujoradialybajocondiciones laminares ver la Figura III.3, la solucin de la ecuacin 3.8 esta dada por: ||

\|=drdP k h r 2B qooo o3.9 =erwePwfroPo oordrq dPBkh 2 3.10 Diseo de Aparejos de Produccin CAPTULO III 155 ( )|||

\|=weo owf e oorrln BP - P h k 0.00708q3.11 Flujo Pseudo-estacionario. Cuandosealcanzalaestabilizacin,enelcasodefronteraapresinconstante,alflujosele conocecomoflujoenestadoestacionario.Lospozosqueproducenbajocondicionesdeflujo estacionarionoexperimentanagotamientodepresin,yaquelapresindelyacimiento permanece constante. Porotrolado,alflujoestabilizado,bajolacondicindefronteracerrada,seleconocecomo flujoenestadopseudoestacionario.Alcontrariodelflujoestacionario,elflujo pseudoestacionarioresultaenunagotamientodelapresindepozosproductores,como consecuencia de la declinacin de la presin del yacimiento. Comportamiento en Pozos de Aceite - Bajosaturado. Los pozos de aceite bajosaturado, se caracterizan porque su produccin se efecta a presiones de fondo a mayores que la presin de saturacin del aceite, por lo que el flujo del yacimiento al pozoseefectaenfaselquida.Idealmentesepuedesuponerqueelaceiteesligeramente compresible. Larelacindeafluenciaquedescribeelflujodellquidoincomprensibleoligeramentecompresible, es la del comportamiento lineal. Comportamiento en Pozos de Aceite Saturado. Una vez que la presin de fondo fluyendo alcanza la presin de saturacin del aceite, es decir Pwf=Pb,elgasdisueltoempiezaaliberarseyacumularsecercadelpozo.Amedidaquese continalaexplotacin,lasaturacindegaslibreenelyacimientoseincrementa,hastaque alcanza la saturacin crtica, por lo que ahora la corriente de fluido es heterognea, debido que el gas empieza a fluir junto con el aceite. Ahora el flujo que se tiene es el de un fluido altamente compresible, por lo que la ecuacin de Darcy no es mayormente aplicable dado que esta solo contempla el flujo del lquido incompresible. Diseo de Aparejos de Produccin CAPTULO III 156 Parasabersiunpozoproduceenformaapropiada,esnecesarioconocersupotencial.El potencialeselgastomximoqueaportaraunpozosiseleimpusieraelmejorconjuntode condiciones posibles. El potencial debe de compararse con lo que el pozo es capazde producir en las condiciones en las que se encuentra. El conocimiento del yacimiento, las propiedades de losfluidos,estadoactualdedepresionamiento,saturacionesdefluidos,permeabilidades relativas, dao al pozo y las caractersticas de la T.P. y la L.D., permiten determinar lo que un pozoen particular puede producir. Curva IP. La relacin del gasto de produccin de un pozo y el abatimiento de la presin (Pws - Pwf) en este gasto particular se denomina ndice de productividad IP y se simboliza con la letra J; desde un puntodevistaprctico,elndicedeproductividadeslamedicin msdirectadelacapacidad productivadeunaformacinproductora;silaproduccinqestaenbl/dadelquidoa condiciones de almacenamiento y el abatimiento esta expresado en lb/pg2, el IP se define como (ver la ecuacin 3.5): wf wsP PqJ=3.12 A menos que se indique otra cosa, el IP se basa en la produccin neta de lquidos (produccin de aceite ms produccin de agua). Esprcticacomnevaluarelndicedeproductividad(J)durantelasprimerasetapas productivas de un pozo y continuar usando este valor en etapas posteriores de explotacin del mismo.Estopuede efectuarseconcierta precisinen pozoscuyoyacimientostesometidoa empuje hidrulico, siempre y cuando la presin de fondo fluyendo sea mayor a la de burbujeo. Sin embargo se puede incurrir en un error