Modul Teknik Produksi Pak Heru HerawanDeskripsi lengkap
Análisis de Nodal.Descripción completa
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Se detalla la apclicación de un analisis que es nodal su desarrollo y contenido es claro y util para una ivnestigaciónDescripción completa
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Analisis nodales y mallasDescripción completa
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ESCUELA MILITAR MILITAR DE INGENIERÍA MCAL. ANTONIO JOSÉ DE SUCRE “BOLIVIA”
ANALISIS NODAL
CRESPO HERRERA ANDRES GUEVARA ARISPE BRENDA HURTADO CACERES JHOANA
COCHABAMBA, 2016
ANALISIS NODAL 1. IN INTR TROD ODUC UCCI CION ON.. Las compañías productoras de petróleo y gas realizan continuamente grandes esfuerzos por agregar valor a sus corporaciones y mejorar así sus resultados financ financie ieros ros.. Estos Estos esfue esfuerzo rzos s están están dirigi dirigido dos s a media mediano no y largo largo plazo plazo para para maximizar el factor de recobro de los yacimientos y a corto plazo a acelerar el recobro de las reservas recuperables. Una de las tcnicas más utilizadas para optimizar sistemas de producción! debido a su comprobada comprobada efectividad y confiabilidad confiabilidad a nivel mundial! es el "nálisis "nálisis #odal. El "nálisi nálisis s #odal #odal básic básicame amente nte cons consist iste e en detec detecta tarr restri restricci ccione ones s al flujo flujo y cuantificar su impacto sobre la capacidad de producción total del sistema. Existen en el mercado varios simuladores comerciales comerciales $ue permiten aplicar dic%a tcnica! entre los más conocidos se tienen! por ejemplo& • • • •
El sistema de "nálisis #odal! es utilizado para analizar problemas de producción en pozos de petróleo y gas. El procedimiento puede ser aplicado en pozos con distintos sistemas sistemas de levantamiento levantamiento artificial! artificial! si causa alg'n efecto efecto en el mtodo de levantamiento artificial artificial la presión puede ser expresada como una función de la tasa de flujo. El procedimiento se puede aplicar para analizar el rendimiento en pozos inyectores! para una apropiada modificación de las ecuaciones de entrada (74&/8 ) y salida ( /'4&/8) de flujo.
" continuación se presenta presenta una lista de aplicaciones aplicaciones para el sistema de "nálisis "nálisis #odal& • • • • • • • •
*elección del diámetro del tubing. *elección del diámetro de la línea de flujo. +iseño de las redes de flujo en superficie. +iseño de ,ravel -ac. +iámetro del c%o$ue en superficie. +iámetro de la válvula de seguridad en subsuelo. Evaluación y simulación de pozos. +iseño del sistema de levantamiento artificial.
En la siguiente figura se indicara los componentes principales para el "nálisis #odal&
2. ANTE NTECE CEDE DENT NTES ES..
El aná análisis isis nodal %a sido ido por muc muc%os años ños aplic licado para ara analiza lizarr el comportamiento de sistemas constituidos por componentes $ue interact'an entre sí. /ircuitos elctricos! complejas redes de tubería! e incluso sistemas de bombeo centrifugo son todos analizados por este mtodo. *u aplicación a sistemas de producción en pozos de petróleo y gas! fue propuesta por primera vez en 0123 por ,ilbert y discutida años más tarde por #ind 0143 y 5ro6n 5ro6n 0178 0178 y otros! otros! $ue %abiend %abiendo o compleme complementad ntado o las investig investigacio aciones nes %acen %acen posible el nuevo enfo$ue de análisis nodal! cuya forma de análisis ofrece un medio de optimizar más eficiente y económico los pozos productores! desde el limite exterior del reservorio a la pared del pozo! a travs de las perforaciones y la sección de terminación a la entrada de la tubería! %asta la cabeza de la tubería incluyendo cual$uier restricción de la misma! el c%o$ue de la superficie! línea de flujo y el separador.
9. OB OBJE JETI TIVO VOS. S. 9.1.
OBJETIVO GENERA RAL L.
/omo implementar un "nálisis #odal en pozos de gas y petróleo.
9.2. 9. 2. •
•
OBJE OB JETI TIVO VOS S ESPE ESPECI CIFI FICO COS. S.
+escribir el procedimiento para un análisis nodal. 9dentificar
las
caídas
componentes.:E;<9/;
:. MA MARC RCO O TEO TEORI RICO CO..
de
presión
en
cada
uno
de
los
P3*;("*/5 !"& *"5"**/ R"$'"*3$/7"5 +35 / $/7!"753!/5 El análisis nodal de un sistema de producción! realizado en forma sistemática! permite determinar el comportamiento actual y futuro de un pozo productor de %idroca %idrocarbu rburos! ros! y consist consiste e en dividir dividir este sistema sistema de producc producción ión en nodos nodos de solución para calcular caídas de presión! así como gasto de fluidos producidos! producidos! y de esta manera! poder determinar las curvas de comportamiento de afluencia y el potencial de producción de un yacimiento. /omo resultado de este análisis se obtiene generalmente un incremento en la producción y el mejoramiento de la eficiencia de flujo cuando se trata de un pozo productor! pero cuando se trata de un pozo nuevo! permite definir el diámetro óptimo de las tuberías de producción! del estrangulador! y línea de descarga por el cual debe de fluir dic%o pozo! así como predecir su comportamiento de flujo (aporte de %idrocarburos) y presión para diferentes condiciones de operación. +esde la perspectiva de evaluación esto es posible= sin embargo! en condiciones condiciones de diseño! sin restricciones económicas es factible dimensionar el sistema de producción en su conjunto para obtener la capacidad de transporte re$uerida! o bien! bien! la capacid capacidad ad de transpor transporte te idónea idónea!! teniendo teniendo como limitant limitante e tan sólo la capacidad de afluencia del yacimiento al pozo. El "nálisis "nálisis #odal se puede aplicar a pozos fluyentes! fluyentes! inyectores o productores productores ya sea fluyentes o con alg'n sistema artificial de producción. -or otra parte! del análisis del comportamiento de los elementos del sistema se pueden identificar las posi posible bles s restri restricc ccion iones es $ue $ue modifi modifi$u $uen en negat negativa ivamen mente te la capac capacid idad ad de transporte del mismo. "simismo! es posible estudiar y comprender con relativa facilidad el comportamiento comportamiento de cada uno de los componentes componentes del sistema integral de producción (desde el yacimiento %asta la batería de recolección).
3- N/ N/!/ !/ $/ $/(> (>7 7 Este es el nombre $ue recibe una sección determinada de un sistema donde se produce una caída de presión! producto de la interrelación entre componentes o nodos.
)- N/ N/!/ !/ 4' 4'7$ 7$/ /73 73&& En un análisis previo! se asumió $ue no existe variación de presión a travs del nodo. *in embargo! en un sistema de producción total existe al menos un punto donde esta suposición no es verdadera. /uando una presión diferencial existe a travs del nodo! dic%o nodo es funcional puesto $ue la caída de presión o caudal puede representarse mediante una función física o matemática. *e puede advertir algunos parámetros comunes de un sistema los cuales son funcionales. /omo /omo así así tambi tambin n se debe debe tene tenerr en cuent cuenta a $ue $ue %ay otros otros compo compone nente ntes s de superficie superficie y de fondo y otros sistemas de terminación $ue podrían crear caídas de presión en los caudales. Es importante notar $ue para cada restricción localizada en el sistema el cálculo de la caída de presión a travs del nodo como una función del caudal está representada por la siguiente ecuación& ∆p
P?*!!35 !" *"5=7 "7 '7 55"(3 $/(&"/ !" */!'$$=7 @ F+. 1. En la siguiente figura se muestra un sistema de producción! en el $ue se aprecian las posibles prdidas de presión desde el yacimiento yacimiento %asta los separadores. separadores. Este sistema es com'n en instalaciones marinas= sin embargo! para efectos de estudio se utilizará un sistema de producción mostrado en la >ig.?. Una vez explicado el
proc proced edim imie ient nto o gene genera rall de mane manera ra senc sencil illa la!! pued pueden en enfr enfren enta tars rse e con con xit xito o problemas más complejos.
@p0 A -6s -6s B -6sf A -rdidas -rdidas de presión presión en el yacimiento. yacimiento. @p? A -6fs -6fs B -6f A -rdidas -rdidas de presión presión en el medio poroso. poroso. @pC A -ur -ur B -dr A -rdidas de presión presión por restriccio restricciones nes en la :.-. @p3 A -usv -usv B -dsv A -rdidas -rdidas de presión presión en la la válvula válvula de seguridad. seguridad. @p2 A -t% -t% B -e A -rdidas de presión presión en el estrangul estrangulador ador superficial. superficial. @p4 A -e B -s A -rdidas -rdidas de presión presión en la línea de flujo. @p7 A -6f -6f B -t% A -rdidas de presión presión totales en la :.:.-.. @p8 A -t% -t% B -s A -rdidas de presión presión en el estrangu estrangulador lador y la la línea de de flujo.
D5*)'$=7 !" *"5/7"5 "7 '7 55"(3 !" */!'$$=7 @ F+. 9 En la >ig.C se muestran las prdidas de presión asociadas a cada elemento de la >ig.?! donde& @p0 A prdidas de presión en el medio poroso.
" medida $ue el +35/ se incrementa! la diferencia entre la presión estática y la pres presió ión n de fond fondo o fluy fluyen endo do se acen acent' t'a. a. Esta Esta difer iferen enci cia a depe depend nde e de las las características del sistema rocaFfluidos y de la eficiencia de la terminación.
P"*4& !" *"5/7"5
La prdi prdida da de energ energía ía en forma forma de pres presió ión n a trav travs s de cada cada comp compon onen ente te!! depende de las características de los fluidos producidos y! especialmente! del caudal de flujo transportado en el componente.
La prdi rdida da de ener energí gía a en form forma a de presió esión n a trav travs s de cada cada compon mpone ente! nte! depende de las características de los fluidos producidos y especialmente del caudal de flujo transportado! de tal manera $ue la capacidad de producción del sistema sistema responde responde a un balance balance entre la capacidad capacidad de aporte aporte de energía del yacimiento y la demanda de energía de la instalación para transportar los fluidos %asta la superficie. La suma de las prdidas prdidas de energía en forma de presión presión de cada componente componente es igual a la prdida total! es decir! a la l a diferencia entre la presión de partida!
P85! y la presión final! P5"&
:radicionalmente :radicionalmente el balance de energía se realiza en el fondo del pozo! pero la disponibilidad actual de simuladores del proceso de producción permite establecer dic%o balance en otros puntos o nodos de la trayectoria del proceso de producción& cabezal del pozo! separador! separador! etc. -ara realizar realizar el balance de energía energía en el nodo se asumen convenie convenientemen ntemente te varias tasas de flujo y para cada una de ellas! se determina la presión con la cual
el yacimiento entrega dic%o caudal de d e flujo al nodo! y la presión re$uerida en la salida del nodo para transportar y entregar dic%o caudal en el separador con una presión remanente igual a P5". -or ejemplo! sí el nodo está en el fondo del pozo&
La representación gráfica de la presión de llegada de los fluidos al nodo en función del caudal o tasa de producción se denomina C'*<3 !" energía del yacimiento yacimiento ( I74&/8 C'*<")! y la representación O4"*3 de energía gráfica de la presión re$uerida a la salida del nodo en función del caudal de producción producción se denomina denomina C'*<3 !" D"(37!3 de energía de la instalación instalación (O'4&/8 C'*<"). *i se elige elige el fondo fondo del pozo pozo como como el nodo nodo!! la curv curva a de oferta es la 9-< (G9nflo6 -erformance -erformance
:.6.
B3&37$" B3&37 $" !" "7"*+3
El balance de energía entre la oferta y la demanda puede obtenerse numrica o gráficamente. -ara realizarlo realizarlo numrica numricamente mente consiste en asumir varias tasas de producci producción ón y calcular la presión de oferta y demanda en el respectivo nodo %asta $ue ambas
presiones se igualen! el ensayo y error erro r es necesario ya $ue no se puede resolver analíticamente por la complejidad de las formulas involucradas en el cálculo de las P5 en función del caudal de producción.
:.. :. .
U)$3 U) $3$ $= =7 !" &/ &/55 7/ 7/!/ !/55
;bservando la figura anterior podemos determinar la posición de los nodos más comu comune nes! s! siend iendo o
estos stos modi modifi fica cado dos s
de acue acuerd rdo o
a
las las
nece necesi sida dade des s
y
re$uerimientos del sistema de producción! $ue a continuación se muestra en la siguiente tabla. NODO
En el proceso de separación de petróleo y gas en campos de petróleo no existe un criterio 'nico para establecer las condiciones más adecuadas de producción óptima de los e$uipos! pero el estudio está orientado a obtener ciertos objetivos puntu puntuale ales s $ue $ue nos den den condi condicio cione nes s de máxima máxima efici eficien encia cia en el proc proceso eso de separación! obteniendo de esta manera& "lta eficiencia eficiencia en el proceso proceso de separación separación de gasFpetróleo gasFpetróleo Jayor incremento en los vol'menes de producción 9ncremento en la recuperación de petróleo +isminución de costos por compresión Estabilización del <,- relación gas Bpetróleo
Este componente comunica a cabeza de pozo en el separador y donde el fluido presenta un comportamiento $ue obedece a las condiciones adoptadas para el sistema de producción de los pozos El trata tratamie miento nto del del compo compone nente nte para para flujo flujo en la línea línea %oriz %orizon onta tall puede puede ser ser analizan analizando do usando usando las diversas diversas ecuacio ecuaciones nes y correlac correlacione iones s present presentadas adas por investigadores $ue %an estudiado la incidencia $ue puede tener este componente sob sobre el conju onjunt nto o de sist istemas mas! en su inte nter relac lación ión aprop propia iada da de su dimensionamiento más adecuado y óptimo.
$. C% C%/ /'" '" 5' 5'" "*4 *4$ $3 3&& Es el $ue controla la producción del pozo con el cual se puede aumentar o disminuir el caudal de producción! en este componente se produce una presión diferencial $ue puede ser calculada con una de las muc%as ecuaciones para c%o$ues o estranguladores.
!. C3 C3)" )"3 3 !" / // / Es un punto del sistema en el $ue se produce el cambio de dirección! de flujo vertical a flujo %orizontal y de donde se toma el dato de la presión de surgencia para conocer la energía de producción del pozo! siendo tambin un punto crítico $ue es tomando en cuenta para su análisis dentro del sistema.
". V; V;&< &<'& '&33 !" 5" 5"+' +'* *!3 !3! ! Este componente componente es un elemento $ue se instala en la tubería vertical y $ue opera ante cual$uier anormalidad del flujo $ue pueda ocurrir en el transcurso de la producción! siendo vital para la seguridad operativa y productiva del pozo.
4. C%/'" !" !" 4/ 4/7!/ *e produce a la bajada de este tipo de restricción de acuerdo a la necesidad $ue existe de elevar la presión y controlar la energía en el flujo de la línea vertical! como así tambin tener una presión de aporte y elevación controlada! por lo $ue se va producir una presión diferencial en la $ue tambin se tendrá una caída de presión $ue a su vez puede ser calculada.
+. P* P*"5 "5=7 =7 4& 4&'# '#"7 "7" " Esta es muy importante para el sistema ya $ue de ella depende toda la capacidad capacidad de la instalación $ue desea conectar al reservorio a travs del pozo y así producir producir en todo el campo. Esta presión es medida en el fondo de pozo! tomada en su punto del nivel productor! su determinación se la %ace en forma directa usando %erramientas de toma de presión! tambin se puede calcular utilizando ecuaciones o correlaciones.
%. P* P*"5 "5=7 =7 */("! */("!/ / !"& *"5" *"5"* **/ */ Esta presión es evaluada respecto a un nivel de referencia! y es la presión a la cual se encuentran sometidos los cálculos de los fluidos del reservorio! siendo esta presión de gran inters para conocer el índice de productividad del pozo y así
mismo nos permitirá conocer la capacidad de fluencia del reservorio %acia el pozo.
El procedimiento de análisis nodal %a sido reconocido en la industria petrolera como un medio adecuado para el diseño y evaluación! tanto en pozos fluyentes como en pozos $ue cuentan con un sistema artificial de producción! debido a las necesidades mayores de energticos! y los incentivos derivados de los procesos de los %idrocarburos. En el análisis nodal se eval'a un sistema de producción dividido en tres componentes básicos& 0. >lu >lujo jo a travs de un medio medio poroso poroso en el yacimient yacimiento! o! consider considerando ando el daño daño ocasionado por los lodos de perforación! cemento! etc. ?. >lujo a travs travs de la la tubería vertical en en la sarta de producción! producción! considera considerando ndo cual$ cu al$uie uierr pos posibl ible e
restri res tricc cción ión co como mo emp empa$ a$uet uetami amient entos os!!
válvu vá lvulas las de
seguridad! estranguladores de lodo! etc. C. >lujo a travs travs de la tubería tubería %orizon %orizontal tal en la línea línea de descarg descarga! a! considerad considerado o el manejo de estranguladores en superficie. -ara predecir el comportamiento del sistema! se calcula la caída de presión en cada componente.
:.10. :.1 0. P'7 P'7/5 /5 !" 37;& 37;&55 55 # $/7!$ $/7!$/7 /7"5 "5 !" /"*3$ /"*3$=7 =7 +esp +espu us s de sele selecc ccio iona narr un nodo nodo de solu soluci ción ón!! las las caíd caídas as de pres presió ión n son son adicionales o sustraídas al punto de presión inicial o nodo de partida! el cual es generalmente estática! %asta $ue se alcance la convergencia en las interacciones de cálculo para obtener el valor del nodo de solución. -ara utilizar el concepto nodal! se deberá conocer la presión en el punto de partida! en un sistema de prod produc ucci ción ón se cono conoce ce siem siempr pre e dos dos pres presio ione nes! s! las las cual cuales es se cons consid ider eran an constantes para fines de cálculo! siendo estas la presión estática del yacimiento (P85) y la presión de separación en la superficie ( P5"). -or lo tanto! los cálculos
pueden iniciar con cual$uiera de ellas! para despus determinar la presión en los nodos de solución intermedios entre estas posiciones de partida. Los resultados del análisis del sistema permitirán la definición definición de la capacidad de producción de un pozo y los parámetros $ue afectan su comportamiento. -or lo tanto! el resultado neto es la identificación de los parámetros $ue controlan el flujo en el sistema de producción. Las Las curv curvas as de compo comporta rtamie mient nto o de aflue afluenc ncia ia obten obtenid idas! as! son son funció función n de los siguientes puntos clave del sistema&
3- /aracterísticas del yacimiento. )- /aracterísticas de la tubería de producción. $- -resión en el nodo inicial y final del sistema. !- -orcentaje de agua producido "-
:.11. :.1 1. P*/ P*/$"! $"!( ("7 "7/ / !"& 37; 37;&5 &55 5 7/!3 7/!3&& Una vez $ue se tenga el sistema completo en el pozo se procede a efectuar el análisis de la siguiente forma&
-rimeramente se determina determina $ue componente componente del sistema de producción va 1. -rimeramente a ser combinado para dar una mayor optimización al sistema.
2. +eterminar los nodos $ue serán analizados. 9. *eleccionar la ubicación de cada uno de los nodos. componentes :. "islar el efecto de cambio de presión sobre los demás componentes seleccionados. +eterminar las relaciones relaciones $ue se aplicaran aplicaran para la entrada y salida del flujo . +eterminar del nodo.
6. +eterminar el mtodo $ue se va utilizar. . +escribir el mtodo $ue va usarse para determinar la entrada y salida del flujo
. -or 'ltimo se construyen curvas de entrada versus salida de flujo en las $ue se determinan los efectos de cambio de capacidad de producción sobre el rendimiento completo del sistema.