REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL

POLITCNICA DE LA FUERZA ARMADA

UNEFA

INYECCIN DE GAS CALIENTE COMO SISTEMA DE LEVANTAMIENTO

ARTIFICIAL UTILIZANDO UNA COMPLETACIN DE TUBERAS

CONCNTRICAS EN EL LAGO TA JUANA ESTADO ZULIA

2012

AUTORES:

ASESOR:

Barinas, Junio 2012

INTRODUCCIN

En Venezuela los programas de explotacin masivos han ocasionado

una disminucin de las presiones de yacimiento en los diferentes campos, lo

que ha hecho necesario el uso intensivo de mtodos de produccin

alternativos. Es situacin comn que al transcurrir la vida productiva de un

pozo, se presenten problemas que afectan directamente la tasa de

produccin de ste; estando asociados a los problemas, la naturaleza del

yacimiento o las diferentes actividades operacionales realizadas en el pozo.

En la industria petrolera existen mtodos de levantamiento artificial,

los cuales se utilizan cuando un pozo no es capaz de cumplir con sus

objetivos de produccin por mtodos naturales (ya sea el pozo fluyendo o

no). Uno de lo mtodos ms utilizados para lograr este propsito es el

levantamiento artificial por gas, el cual puede ser continuo o intermitente. La

seleccin del mtodo a utilizar va a depender de las caractersticas

existentes tanto en el yacimiento como en el pozo.

Herramientas muy tiles y poderosas en la industria petrolera para

disear procesos y predecir comportamientos son los simuladores. Estas

herramientas tienen como funcin representar todos los aspectos del

yacimiento y de los pozos, para realizar pronsticos, planificaciones, anlisis

econmicos, optimizaciones, etc.

JUSTIFICACIN

El Estado Zulia est conformado por varios pozos petroleros los

cuales tienen el crudo ms pesado (8.5 - 11 API) y el crudo ms liviano

(11.5 - 14 API). El estudio fue enfocado en el Pozo Ta Juana.

Estas reas tienen caractersticas especficas que hacen de la

extraccin de petrleo un proceso complejo, debido a su alta viscosidad, lo

que genera resistencia al flujo a travs del sistema de produccin integrado

(desde el medio poroso a las lneas de flujo). Con el fin de mejorar la

produccin y disminuir la viscosidad del crudo, se evalu la aplicacin de

inyeccin de gas caliente como sistema de levantamiento artificial utilizando

una completacin de tuberas concntricas en un pozo de crudo pesado.

Con el sistema de tuberas concntricas, se podr incrementar la

eficiencia en la transferencia de calor, dado que el mismo fluye desde la

tubera de inyeccin de gas hacia el crudo que circula por el anular (fluido en

contra corriente). Debido a que el gas viaja en contra flujo con el crudo que

viene ascendiendo por el espacio anular, el efecto es convertir al espacio

anular en un gran intercambiador de calor, permitiendo reducir la viscosidad

del crudo producido con un incremento en la produccin del pozo.

En cuanto a la contribucin metodolgica se pretende alcanzar los

objetivos de la investigacin utilizando mtodos y tcnicas de estudio desde

el punto de vista prctico para dar solucin a los posibles problemas de esta

investigacin; se pretende investigar sobre el tema para ahondar en el

conocimiento del mismo

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Las condiciones de corrosin asociadas al incremento en el corte de

agua y el contenido de CO2 han causado daos en la tubera de produccin

durante los ltimos aos. Significativos reemplazos de la tubera de

produccin ha sido necesarios, con la finalidad de mantener las condiciones

de produccin en el Lago Ta Juana. Con el dao en el revestidor, los pozos

no pueden producir porque el gas pasa a travs de los huecos en el

revestidor y no llega con la suficiente presin a la vlvula operadora, por lo

tanto el petrleo no puede ser levantado desde el fondo hasta la superficie.

La solucin consiste en la bajada de una tubera de menor dimetro

(con una nariz de inyeccin al final) para inyectar el gas de levantamiento,

dentro de la tubera de produccin. Los fluidos son producidos a la superficie

a travs del anular creado entre la tubera de menor dimetro y la tubera de

produccin respectivamente. El apndice muestra el esquema de

completacin del pozo, donde se observa el diseo utilizado, con el

aislamiento del anular usando una empacadura.

El principio del sistema de levantamiento con tubera concntrica se

basa en inyectar gas caliente a travs de una tubera de 2-3/8 pulgadas la

cual lleva insertada una pieza especial para la inyeccin al final de la tubera,

esta tubera est colocada dentro de una tubera de produccin de 4

pulgadas, y el fluido es producido a superficie a travs del anular creado

entre el dimetro interno de la tubera de 4 pulgadas y el dimetro externo

de la tubera de 2-3/8 pulgadas. La aplicacin de este sistema cobra especial

inters en campos que producen crudos pesados, mediante el mtodo de

levantamiento artificial por gas. Asimismo, la inyeccin de gas caliente para

fines de levantamiento es una opcin competitiva para aumentar la

produccin en pozos pesados, permite incrementar la eficiencia del

levantamiento y se reducen los costos de produccin del barril de petrleo.

El trabajo consiste en mostrar los resultados de la utilizacin de gas de

levantamiento previamente calentado (250 @ 320 F), para pozos que

producen crudo pesado (API 12), basndose en las investigaciones

realizadas al Lago Ta Juana perteneciente al Estado Zulia de la Repblica

Bolivariana de Venezuela. Por ello es necesario responder a las siguientes

interrogantes: La seleccin del mtodo de levantamiento artificial por gas,

permitir la produccin de petrleo? Se podr obtener ahorros de

inyeccin de gas? Funcionar dicho mtodo?.

OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIN

Objetivo General

Determinar la inyeccin de gas caliente como sistema de

levantamiento artificial utilizando una completacin de tuberas concntricas

en el Lago Ta Juana Estado Zulia durante el ao 2012.

Objetivos Especficos

Determinar el ndice de productividad del Lago

seleccionado, con el fin de definir oportunidades en funcin de su tasa

de produccin.

Identificar las ventajas y desventajas en el uso de la opcin.

Analizar el volumen de produccin adicional por concepto de

optimizacin que puede obtenerse del Lago, as como la optimizacin

en el uso del gas caliente de levantamiento.

Evaluar el comportamiento del Lago, considerando la ocurrencia de

fallas que requieren la tubera concntrica.

MARCO TERICO

En este captulo se presentan algunos de los conceptos bsicos ms

relevantes utilizados tales como: conceptos bsicos relacionados al rea de

yacimiento y el mtodo de levantamiento artificial por gas.

CONCEPTOS BSICOS RELACIONADOS AL YACIMIENTO

Es necesario el conocimiento de los siguientes conceptos relacionados al

yacimiento para conocer las variables ms importantes que estn

involucrados en el flujo de los fluidos en el medio poroso (yacimiento).

1.1.6 Porosidad

La porosidad de una roca es la medida de su capacidad de almacenamiento.

La porosidad se expresa como la fraccin del volumen total de la roca que

est compuesta por espacio vaco.

1.1.2 Permeabilidad

Es la propiedad de la roca que mide la facilidad con que la roca permite el

paso de fluidos. La permeabilidad es una funcin del grado de interconexin

entre los poros de la roca. La unidad de la permeabilidad se denomina darcy,

pero usualmente en la industria se utiliza el milidarcy (md), una milsima

parte del darcy. La ecuacin que desarroll Henry Darcy toma en cuenta los

siguientes parmetros: la permeabilidad (K), la tasa de flujo (q) en funcin de

la viscosidad de fluido (), la cada de presin (P), el rea transversal de

flujo (A) y la longitud del sistema (L).1 La ecuacin es la siguiente:

1.1.3 Saturacin de fluidos

Es la relacin del volumen que un fluido ocupa en un espacio poroso. Esta

medida es importante para conocer la cantidad de agua, petrleo y gas

existente en la roca.

1.1.4 Permeabilidad efectiva y relativa

A continuacin se definen la permeabilidad efectiva y la permeabilidad

relativa.

1.1.4.1 Permeabilidad efectiva: Es la conductividad de un material poroso a

una fase cuando dos o ms fases estn presentes y tambin se mide en

darcy. Cuando dos o ms fases estn fluyendo simultneamente en un

medio poroso permeable, la permeabilidad efectiva a una fase dada es

menor que la permeabilidad absoluta y es funcin de la saturacin de la fase.

1.1.4.2 Permeabilidad relativa: Es la relacin o razn entre la permeabilidad

efectiva y la permeabilidad absoluta.

1.1.5 Temperatura del yacimiento

El gradiente geotrmico es definido como el gradiente de temperatura

existente por debajo de la superficie de la tierra, tomando la temperatura en

la superficie como la temperatura ambiental promedio. Dado que la

temperatura en un yacimiento en particular es controlada por el gradiente

geotrmico existente en el rea, esta permanece constante a lo largo de la

vida del yacimiento, lo que significa que todos los procesos en el yacimiento

son isotrmicos. A menos que se implanten procesos trmicos.

1.1.6 Propiedades PVT para los sistemas de hidrocarburos

Para poder reconocer qu tipo de crudo se encuentra en el yacimiento se le

deben realizar a este una serie de pruebas en el laboratorio con la finalidad

de conocer ciertas propiedades fsicas, tales como: Presin en el punto de

burbujeo (Pb), Factor volumtrico del petrleo (Bo), Relacin del gas disuelto

en el petrleo (Rs), Coeficiente de compresibilidad isotrmico (Co t) y la

viscosidad de crudo (o). Para el agua y el gas se miden propiedades

similares.

MTODOS DE LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL

En los yacimientos los fluidos estn sujetos a la accin de varias fuerzas y

energas naturales: fuerzas de presin, fuerzas de friccin por viscosidad, de

gravedad de energa y fuerzas capilares, las cuales actan en el movimiento

de los fluidos hacia los pozos o para retenerlos en el yacimiento.

Cuando esas energas son suficiente para promover el desplazamiento

de los fluidos desde su interior hasta el fondo del pozo y de all a la

superficie, se dice que EL POZO FLUYE NATURALMENTE, es decir, el

fluido se desplaza como consecuencia del diferencial de presin entre la

formacin y el pozo.

La Produccin Por Flujo Natural no es el mtodo que garantiza los niveles

de produccin rentables durante toda la vida productiva del yacimiento.

Para obtener el mximo beneficio econmico del yacimiento, es necesario

seleccionar el mtodo de produccin ptimo, este es el que permite

mantener los niveles de produccin de la manera ms econmica posible.

Al realizar la explotacin del yacimiento la presin de este disminuye, lo

que implica que la produccin de fluidos baje hasta el momento en el cual, el

pozo deja de producir por si mismo. De all surge la necesidad de extraer los

fluidos del yacimiento mediante la aplicacin de fuerzas o energas ajenas al

pozo, de aqu surge lo que llamamos LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL.

La mayora de los pozos son capaces de producir por Flujo Natural en la

primera etapa de su vida productiva, no obstante una vez finalizada la

produccin por Flujo Natural, es necesario seleccionar un Mtodo de

Levantamiento Artificial que permita seguir produciendo eficientemente el

yacimiento.

Al realizar la explotacin del yacimiento la presin de este disminuye lo

que implica que la produccin baje hasta el momento en el cual el pozo deja

de producir por si mismo. El Mtodo de Levantamiento Artificial consiste en

extraer los fluidos del yacimiento mediante la aplicacin de fuerzas o

energas ajenas al pozo. Existen algunos factores que representan los

parmetros ms importantes en la seleccin del equipo de Levantamiento

Artificial:

Inversin inicial

Relacin gastos operacionales /ingresos mensuales

Vida til del equipo

Nmeros de pozos en levantamiento artificial

Disponibilidad del equipo excedente

Vida del pozo

Cada uno de los sistemas de Levantamiento Artificial tiene

limitaciones econmicas y operacionales que lo excluyen de

cualquier consideracin en ciertas condiciones operacionales. Una

vez que haya sido elegido en el pozo el Mtodo de Produccin,

debe disearse adecuadamente el equipo necesario para que este

funcione en condiciones particulares del pozo. Por lo tanto,

independientemente de la escogencia del mtodo, se deber

suministrar al personal de operaciones suficiente informacin y

entrenamiento para que la instalacin sea exitosa desde el punto

de vista econmico.

El propsito de los Mtodos de Levantamiento Artificial, es minimizar

los requerimientos de energa en la cara de la formacin productora, con el

objeto de maximizar el diferencial de presin a travs del yacimiento y

provocar de esta manera, la mayor afluencia de fluidos, sin que se generen

problemas de produccin como pueden ser: arenamiento, conificacion de

agua etc. Existen diversos Mtodos de Levantamiento Artificial entre los

cuales se encuentran: los convencionales y no convencionales.

LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL POR GAS

El Levantamiento Artificial por Inyeccin de Gas es un mtodo de

produccin que utiliza gas comprimido a alta presin como fuente externa de

energa. El gas es inyectado en un punto de la columna de fluidos en la

tubera de produccin. El gas inyectado tiene como propsito aligerar o

desplazar la columna de fluidos, reduciendo su peso. De esta manera, la

energa del yacimiento ser suficiente para transportar los fluidos desde el

fondo hasta la superficie.

El gas inyectado hace que el fluido llegue a la superficie debido a la

accin de alguno de los siguientes mecanismos o a la combinacin de los

mismos:

Reduccin de la presin que ejerce el fluido en la tubera de

produccin frente a la formacin, mediante la disminucin de su

densidad.

Expansin del gas inyectado.

Desplazamiento del fluido por alta presin del gas.

Qu objetivos se persiguen mediante la aplicacin de este mtodo?

Arrancar los pozos que producen por flujo natural.

Incrementar la produccin de los pozos que declinan naturalmente,

pero que an producen sin necesidad de utilizar mtodos artificiales.

Descargar los fluidos de los pozos de gas.

Realizar contra flujo de pozos de agua.

TIPOS DE LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL POR GAS

INYECCIN DE GAS POR FLUJO CONTINUO:

Se considera una extensin del mtodo de produccin por flujo natural:

esto consiste en suplir el gas de formacin mediante la inyeccin continua de

gas en la columna de fluidos, con la finalidad de aligerar el peso de sta. El

flujo de gas continuo en inyectar constantemente gas hacia la columna de

fluidos producido por el pozo. Este gas inyectado se une al producido por la

formacin, reduciendo la densidad de la columna para levantar el fluido hasta

la superficie. Es preciso mencionar que este mtodo de levantamiento es el

que ms aproxima al comportamiento de un pozo en flujo natural, la

diferencia radica en poder controlar la relacin gas-liquido en la tubera de

produccin.

Las condiciones que favorecen la eficiencia del flujo continuo son las

siguientes:

Alta tasa de produccin.

Baja densidad del petrleo.

Alta presin de fondo.

Alta relacin gas-liquido del yacimiento.

Se puede aplicar en pozo con alta produccin de arena.

INYECCIN DE GAS POR FLUJO INTERMITENTE:

Se inyecta cclica e instantneamente un alto volumen de gas

comprimido en la tubera de produccin, con el propsito de desplazar,

hasta la superficie, la columna o tapn de fluido que aporta la arena por

encima del punto de inyeccin.

El flujo de gas intermitente consiste en inyectar gas a la tubera de

produccin, a intervalos regulares para desplazar los fluidos a la superficie

en forma de tapones de lquido. La frecuencia de inyeccin de gas depende

del tiempo que tarda un tapn de lquido en acumularse en la tubera y el

tiempo que dura la inyeccin de gas depende del tiempo requerido para que

dicho tapn alcance la superficie.

TIPOS DE INSTALACIONES PARA UN SISTEMA DE LEVANTAMIENTO

ARTIFICIAL POR GAS

Existen diferentes tipos de instalaciones para este mtodo, los cuales

se clasifican dependiendo de s el pozo se encuentra equipado o no, con

empacadura y/o vlvula fija.

INSTALACIONES ABIERTAS: En este tipo de instalacin la sarta de

tubera est suspendida dentro del pozo sin empacadura.

INSTALACIONES SEMICERRADAS: Es similar a la abierta con la

diferencia de que se instala una empacadura que sella la

comunicacin entre la tubera de produccin y el espacio anular.

INSTALACIONES CERRADAS: La instalacin es similar a la

semicerrada, excepto que se coloca una vlvula fija en la sarta de

produccin, generalmente en el fondo del pozo. Este es el tipo ideal

para flujo intermitente.

VENTAJAS DEL MTODO DE LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL POR GAS:

Gran flexibilidad para producir con diferentes tasas

Puede ser utilizado en pozos desviados usando mandriles

especiales

Ideal para pozos de alta relacin gas lquido y con produccin de

arena

Se pueden producir varios pozos desde una sola planta o

plataforma

El equipo del subsuelo es sencillo y de bajo costo

Bajo costo de operacin

DESVENTAJAS DEL MTODO DE LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL POR

GAS:

Se requiere una fuente de gas de alta presin

No es recomendable en instalaciones con revestidores muy viejos

y lneas de flujo muy largas y de pequeo dimetro

El gas de inyeccin debe ser tratado

No es aplicable en pozos de crudo viscoso y/o parafinoso

Su diseo es laborioso

Aplicable a pozos de hasta + 10.000 pies

Figura 1: Mapa conceptual sobre Yacimientos.

YACIMIENTO

Conceptos bsicos

Porosidad

Permeabilidad

Saturacin del

fluido

Permeabilidad

efectiva y relativa

Propiedades PVT

Temperatura del

yacimiento

Es la medida de su capacidad de almacenamiento

Es la relacin del volumen que un fluido ocupa en

un espacio poroso

Es la propiedad de la roca que mide la facilidad con

que la roca permite el paso de fluidos

El gradiente geotrmico es definido como el

gradiente de temperatura existente por debajo de la

superficie de la tierra, tomando la temperatura en la

superficie como la temperatura ambiental promedio.

Figura 2: Mapa conceptual sobre Mtodos de Levantamiento Artificial.

MTODO DE LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL

LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL POR GAS

Tipo de levantamiento Tipo de instalacin

Continuo

Intermitente

Abiertas

Cerradas

Semicerradas

ANTECEDENTES

Los Bachilleres Henry Ramrez y Oliver Barreto en su Trabajo de Grado

titulado: Estudio De La Opcin Gas Lift Optimization De Eclipse (2003)

expresaron: El estudio se basa en la variacin de los parmetros

involucrados en la opcin, los cuales son: variacin de la disponibilidad

mxima de gas para el campo, variacin de valores de inyeccin mnima

para el campo, uso de distintas correlaciones para el clculo de las cadas de

presin en la tubera de produccin (VFPPROD). Adems se estudi el

comportamiento de la opcin favoreciendo y desfavoreciendo pozos

asignndoles distintos factores de peso (weighting factor), se vari el

mnimo gradiente econmico, se realiz un anlisis en el cual no se

optimizaba la inyeccin de gas, se estudi la influencia del incremento de la

tasa de gas y se realiz un estudio sin gas lift para poder identificar la

influencia de esta opcin en el recobro del yacimiento.

Steve Marfissi y Alberto Lujan en su trabajo Inyeccin de gas caliente

como sistema de levantamiento artificial utilizando una completacin de

tuberas concntricas en un pozo de crudo pesado, en la Faja Petrolfera del

Orinoco (2004). Dice:

Usando una completacin concntrica se asegura una completa transferencia de calor hacia el fluido producido, y las prdidas hacia las formaciones adyacentes son minimizadas; adems la inyeccin de gas caliente mostr un incremento en la produccin debido a la reduccin de la viscosidad, adicionalmente la eficiencia de levantamiento se incrementa.

El Ing. Jess A. Torres en su Tesis de Grado titulada: Determinacin

del mtodo de levantamiento artificial por gas ptimo en el yacimiento

B-6-X.85, del rea 370/453, en la unidad de explotacin Ta Juana Lago

(2007) expresa:

El levantamiento artificial por gas (LAG) es un mtodo primario de produccin de fluidos de un pozo mediante la inyeccin continua de gas a alta presin, para aligerar la columna hidrosttica en la tubera de produccin.

BASES LEGALES

De acuerdo a la Ley Orgnica de Hidrocarburos Gaseosos

Publicada en Gaceta Oficial N 36.793 de la Repblica Bolivariana de

Venezuela el Jueves 23 de septiembre de 1999, en el Capitulo III de la

Unificacion de Yacimiento expresa:

Artculo 20. Cuando un mismo yacimiento de hidrocarburos gaseosos se

extienda bajo reas sobre las cuales acte ms de un explotador, las

partes celebrarn un convenio de unificacin para su explotacin, el cual

estar sujeto a la aprobacin del Ministerio de Energa y Minas. A falta de

acuerdo, este Despacho establecer las normas que regirn esa

explotacin. Cuando el yacimiento se extienda desde reas atribuidas para

explotacin, hacia reas que no lo hayan sido, el Ejecutivo Nacional por

rgano del Ministerio de Energa y Minas, adoptar las medidas necesarias

en salvaguarda de los derechos de la Repblica.

Artculo 21. Cuando un mismo yacimiento de hidrocarburos gaseosos se

extienda bajo las reas indicadas en el artculo 1 de esta Ley y bajo reas

que formen parte del dominio de pases limtrofes, los convenios que para

su explotacin deban celebrar los titulares que acten en Venezuela con

los de los pases limtrofes, requerirn la aprobacin del Ministerio de

Energa y Minas, as como del Congreso de la Repblica. A falta de

oportuno acuerdo, el Ministerio de Energa y Minas adoptar las medidas

necesarias, incluida la revocatoria del derecho de explotacin, para

salvaguardar los intereses de la Repblica.

Variables Dimensiones Indicadores Nivel de

Medicin

Nivel

Socioeconmico

Nivel Social

Grado de medidas Ordinal

Nivel cultural Ordinal

Nivel Econmico

Ingresos Razn Razn

Localizacin Nominal

Tipo de Tubera Nominal

Productividad

Cantidad de bienes Razn

elaborados

en un

perodo determinado

Razn

Rendimiento de

produccin

Cantidad producida por da

Razn

Variable Dimensiones Indicadores

Actitud hacia el yacimiento.

Cognitiva

Capacidad acerca del

yacimiento.

Cognitiva

Conocimiento sobre el

yacimiento.

Afectiva

Criterios hacia el yacimiento.

Produccin que tiene el

yacimiento.

Conductual

Intenciones hacia el

yacimiento.

Conductual

Capacidad que genera el

yacimiento.

OPERACIONALIZACION DE LAS VARIABLES

HIPTESIS

Con el dao en el revestidor, los pozos no pueden producir porque el

gas pasa a travs de los huecos en el revestidor y no llega con la

suficiente presin a la vlvula operadora, por lo tanto el petrleo no

puede ser levantado desde el fondo hasta la superficie.

El principio del sistema de levantamiento con tubera concntrica se

basa en inyectar gas caliente a travs de una tubera de 2-3/8

pulgadas la cual lleva insertada una pieza especial para la inyeccin

al final de la tubera.

El trabajo consiste en mostrar los resultados de la utilizacin de gas

de levantamiento previamente calentado (250 @ 320 F), para pozos

que producen crudo pesado (API 12).

Con el sistema de tuberas concntricas, se podr incrementar la

eficiencia en la transferencia de calor, dado que el mismo fluye desde

la tubera de inyeccin de gas hacia el crudo que circula por el anular

(fluido en contra corriente).

En cuanto a la contribucin metodolgica se pretende alcanzar los

objetivos de la investigacin utilizando mtodos y tcnicas de estudio

desde el punto de vista prctico para dar solucin a los posibles

problemas

HIPTESIS NULA

No es posible la aplicacin de este sistema cobra especial inters en campos que producen crudos pesados, mediante el mtodo de levantamiento artificial por gas. Asimismo, la inyeccin de gas caliente para fines de levantamiento

HIPTESIS ALTERNATIVAS

No es posible la aplicacin de este sistema cobra especial inters en campos que producen crudos pesados, mediante el mtodo de levantamiento artificial por gas. Asimismo, la inyeccin de gas caliente para fines de levantamiento