Analisis Nodal

Optimización de la Producción mediante Análisis Nodal 1 Programa de cursos 2008

ction is strictly forbidden and will be prosecuted

Ing. Ricardo Maggiolo

Optimización de la Producción mediante Análisis Nodal

Dictado por:

Msc. Ricardo MaggioloDel 07 al 11 de Julio de 2008 Instalaciones del Hotel El Condado Lima - Perú

Optimización de la Producción mediante Análisis Nodal

ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

2

Pro grama de cursos 2008

Ing. Ricardo Maggiolo

OPTIMIZACIÓN DE LA PRODUCCIÓN MEDIANTE ANÁLISIS NODAL

INTRODUCCIÓN

Las compañías productoras de petróleo y gas realizan continuamente grandes esfuerzos por agregar valor a sus corporaciones y mejorar así sus resultados financieros. Estos esfuerzos están dirigidos a mediano y largo plazo a maximizar el factor de recobro de los yacimientos y a corto plazo a acelerar el recobro de las reservas recuperables, la primera es una meta de años para el equipo multidisciplinario de personas que laboran en la Optimización Integrada del Yacimiento, la segunda es el día a día del equipo multidisciplinario de personas que laboran en la Optimización Total del Sistema de Producción. Esta última, aunque es un subproceso de la primera, constituye el “Núcleo del Negocio” (“Core Business”) de la Corporación ya que permite maximizar la producción total diaria de hidrocarburos y/o el beneficio neto (M$$$) producto de la venta de los mismos.

Una de las técnicas mas utilizadas para optimizar sistemas de producción, dada su comprobada efectividad y confiabilidad a nivel mundial, es el Análisis Nodal; con la aplicación de esta técnica se adecua la infraestructura tanto de superficie como de subsuelo, para reflejar en el tanque el verdadero potencial de producción de los pozos asociados a los yacimientos del sistema total de producción. En otras palabras, se logra cerrar la brecha existente entre la producción real de los pozos y la producción que debería exhibir de acuerdo a su potencial real de producción. El Análisis Nodal básicamente consiste en detectar restricciones al flujo y cuantificar su impacto sobre la capacidad de producción total del sistema.

Existen en el mercado varios simuladores comerciales que permiten aplicar dicha técnica, entre los más conocidos se tienen, por ejemplo: PERFORM-PIPESOFT2 de IHS, PIPESIM-PIPESIM GOAL y NET de Schlumberger (BJ), PROSPER-GAP de Petroleum Expert, WELLFLO-FIELDFLO-ReO de Weatherford (EPS), etc.

El presente curso tiene como objetivo: Describir y aplicar una metodología para optimizar Sistemas de Producción de Hidrocarburos utilizando la técnica del Análisis Nodal.

Para el cumplimiento de este objetivo se estructuró un contenido programático de cuatro capítulos: en el capítulo 1 se describe el sistema de producción haciendo énfasis en el balance de energía requerido entre el yacimiento y la infraestructura instalada para establecer la capacidad de producción del pozo. Adicionalmente se describe el principio fundamental de funcionamiento de los métodos de levantamiento artificial. En el capítulo 2 se detallan las ecuaciones y modelos matemáticos simplificados para cuantificar la capacidad de aporte de fluidos de las formaciones productoras incluyendo el daño a la formación y la forma de completación del pozo (empaque con grava, cañoneo convencional, etc.), se ilustra el uso de las mismas a través de ejemplos numéricos.

Optimización de la Producción mediante Análisis Nodal

ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

3

Pro grama de cursos 2008

Ing. Ricardo Maggiolo

En el capítulo 3 se describen algunas correlaciones de flujo multifásico en tuberías para cuantificar las pérdidas y transformación de la energia en las diferentes tuberías instaladas tanto en el pozo como en la superficie. Se ilustra el uso de las correlaciones a través de ejemplos numéricos. En el capítulo 4 se determina la capacidad de producción de pozos que producen por flujo natural, por levantamiento artificial por gas y por bombeo electro-sumergible. En el capítulo 5 se describe la metodología de optimización donde después de cotejar el comportamiento actual del pozo se optiman los componentes del sistema tanto en superficie como en el subsuelo. Finalmente se describen diferentes escenarios de optimización del sistema incluyendo la distribución óptima de gas en un sistema de “gas-lift”.

A pesar de que solo se utilizará un simulador comercial como herramienta de optimización, no se sacrificará la generalidad de la aplicación de la metodología con otros simuladores disponibles en el mercado.

La siguiente figura señala el marco de referencia donde se aplicará la metodología de optimización.

Expansión líquidaExpansión gas en soluciónExpansión de una capa de gasVOLUMÉTRICOPTPTExpansión de un acuíferoCf= -1/V . dV/dPV = Cf. V . P

Marco de referencia

Optimización de la Producción mediante Análisis Nodal

ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

4

Pro grama de cursos 2008

Ing. Ricardo Maggiolo

CONTENIDO

CAPÍTULO 1

EL SISTEMA DE PRODUCCIÓN

1.1 El Sistema de producción y sus componentes

1.2 Proceso de producción



Recorrido de los fluidos en el sistema

1.3 Capacidad de producción del sistema.



Curvas de oferta y demanda de energía en el fondo del pozo.



Balance de energía y capacidad de producción



Optimización del sistema



Métodos de producción: Flujo natural y Levantamiento artificial

CAPÍTULO 2

COMPORTAMIENTO DE AFLUENCIA DE FORMACIONES PRODUCTORAS

2.1 Flujo de fluidos en el yacimiento. Estados de flujo



Flujo de petróleo

Flujo No-Continuo o Transitorio (Unsteady State Flow

Flujo Continuo o Estacionario (Steady State Flow):

Ecuación de Darcy para flujo continuo

Flujo Semi-continuo (Pseudo-steady State Flow):

Índice de productividad

Eficiencia de flujo (EF)

IPR (Inflow Performance Relationships). Ejercicios



Flujo de petróleo y gas en yacimientos saturados

Ecuación y Curva de Vogel para yacimientos saturados



Flujo de petróleo y gas en yacimientos sub-saturados

Ecuación de Vogel para yacimientos subsaturados

2.2 Flujo de fluidos en la completación



Tipos de completación

Hoyo desnudo

Cañoneo convencional

Empaque con grava



Caída de presión en la completación

Ecuaciones de Jones, Blount y Glaze

Ejercicios



Curva de oferta de energía o afluencia de fluidos que el yacimiento entrega en el fondo del pozo

CAPÍTULO 3

FLUJO MULTIFÁSICO EN TUBERÍAS

3.1 Flujo de fluidos en el pozo y en la línea de flujo



Algoritmo para calcular las pérdidas de presión del fluido.



Ecuación general del gradiente de presión dinámica



Cálculo de la presión requerida en el cabezal



Cálculo de la presión requerida en el fondo del pozo

Optimización de la Producción mediante Análisis Nodal

ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted

5

Pro grama de cursos 2008

Ing. Ricardo Maggiolo

3.2

Consideraciones teóricas del flujo multifásico en tuberías



Cálculo del factor de fricción



Definiciones básicas: factor Hold-Up, densidad y viscosidad bifásica, etc.



Patrones de flujo

3.3

Descripción de correlaciones de flujo multifásico en tuberías



Correlación de Hagedorn & Brown



Correlación de Duns & Ros



Correlación de Orkiszewski



Correlación de Beggs and Brill



Ejemplos numéricos



Ejemplos con curvas de gradiente ya graficadas

3.4

Construcción de Curva de Demanda de energía



Rangos característicos de la curva de demanda

CAPÍTULO 4

CAPACIDAD DE PRODUCCIÓN DEL SISTEMA

4.1 Capacidad de producción del pozo en flujo natural



Tasa de producción posible o de equilibrio. Ejercicio



Uso de reductores para controlar la producción del pozo en FN



Ecuaciones para estimar el comportamiento de estranguladores o reductores

4.2 Capacidad de producción del pozo de Levantamiento Artificial por Gas



Curva de rendimiento del pozo de LAG

4.3 Capacidad de producción del pozo con bombeo electrocentrífugo sumergible (BES)



Curva de rendimiento del pozo en función de las RPM del motor

CAPÍTULO 5

OPTIMIZACIÓN DEL SISTEMA DE PRODUCCIÓN

5.1 Cotejo del comportamiento actual del pozo



Selección y Ajuste de las correlaciones empíricas para calcular las propiedades del petróleo



Selección y Ajuste de las correlaciones de Flujo Multifásico en

...