En Unlimited Petroleum Consulting nuestro objetivo es aportar soluciones estratégicas en área de Levantamiento Artificial y Optimización de la Producción de los pozos petroleros utilizando la tecnología del Echometer, equipo de completación de pozos, software para la optimización de bombeo mecánico y de cavidad progresiva.
Es por esta razón que en esta oportunidad vamos a explicar las Curvas Enriquecidas (EIPR) utilizadas para la selección simultánea de caudal objetivo y profundidad para la instalación de la bomba con visualización simultánea de las condiciones de gas libre teniendo presente el trabajo de los ingenieros especializados en el tema.
Durante el dimensionamiento de la bomba, los ingenieros de levantamiento artificial (LA) generalmente se ocupan del problema de decidir la profundidad de instalación de la bomba y la tasa de producción de objetivo.
Hay una compensación con respecto a la profundidad de la bomba; entre más profunda esté la bomba, menor será el gas libre y mayor será la tasa potencial que se puede extraer, mayor será la inmersión, pero mayor será el coste, mayor será la temperatura y mayor el riesgo de instalación y falla. Con el fin de evitar este proceso de ensayo y error se presentan las curvas de afluencia enriquecidas (EIPR) a la entrada de la bomba para diferentes profundidades de ajuste, cada una mostrando puntos resaltados utilizando una escala de color para indicar las condiciones de gas libre en la bomba. El gas libre mostrado depende principalmente de la presión de admisión de la bomba, la presión de punto de burbuja, la relación gas petróleo (GOR por sus siglas en ingles), corte de agua y eficiencia de separación de gas en fondo. Dado que el rendimiento del reservorio está incluido, estas curvas EIPR permiten fácilmente la selección simultánea del caudal objetivo y la profundidad de ajuste de la bomba al visualizar las condiciones de gas libre que evita el proceso de ensayo y error mostrando una ventana de aplicación más realista del método.
Todas las burbujas de gas libres (blancas) liberadas por el petróleo procedente del yacimiento llegan a la entrada del separador, entonces el mayor porcentaje (dependiendo de la eficiencia de separación de gas) del gas, es expulsado al anular, mientras tanto el gas libre restante entra en la bomba junto con todo el líquido (azul) que tiene en cuenta el petróleo, el agua y el gas de solución. Por lo tanto, la ecuación que define el porcentaje de gas libre viene dada por:
La ecuación 1 puede ser reescrita utilizando el GOR, el gas en solución Rs, la fracción de agua fw, la eficiencia de separación de gas en fondo ηSep
Haciendo simplificaciones, además de utilizar la ecuación de gas para tener en cuenta la expansión del gas y finalmente incluyendo factor de conversión unidades (5,615) para transformar los pies cúbicos en barriles, se obtiene:
La Ecuación 3 merece ser analizada cuidadosamente antes de continuar con el objetivo final de este artículo. Primero que todo está claro que el porcentaje de gas libre en la bomba no sólo depende GOR sino también de otros parámetros importantes, siendo la presión, el gas solución RS, el corte de agua y la eficiencia de separación de los que tienen el mayor efecto. La temperatura y el factor de volumétrico del petróleo tienen un efecto menor. Como cuestión de clarificación y cuantificación, la tabla 1 proporciona las magnitudes del gas libre en la bomba como una referencia para diferentes PIP, GOR, corte de agua, eficiencia de separación para una presión de burbuja constante 3200 PSI, API 38, y temperatura de 250F.
Observe que en la tabla 1.d hay muchas combinaciones de GOR y PIP que tienen el mismo gas libre. De hecho, GOR= 300 & PIP = 400 tiene 27% al igual que GOR = 2550 & PIP = 2800, así que lo que se considera bajo GOR tiene el mismo problema que lo que se considera alto GOR sólo por la baja PIP. Finalmente, los efectos de corte de agua muestran que a medida que el agua aumenta el gas libre se reduce para el mismo Gor y PIP. En los cortes de agua alta el efecto del gas libre es reducido por el agua, esto puede ser apreciado en la ecuación 1 cuando el término del agua en el denominador se hace grande lo que reducirá la fracción
El concepto de la afluencia Enriquecido (EIPR)
El primer paso para alcanzar el objetivo es trazar el IPR en diferentes profundidades de instalación de la bomba, tantas como se desee y separadas algunas distancias entre sí. En el ejemplo las perforaciones están en 10000 pies, así que vamos a trazar los IPR referidos a 6000, 7000, 8000, 9000, 10000 y 11000 pies lo que representa la bomba instalada a nivel de las perforaciones, por arriba, por debajo de estas. Observar que en este momento no se ha tomado ninguna decisión sobre la profundidad de instalación.
Estas curvas se pueden trazar independientemente del método de bombeo (BES, BCP, BALANCIN, JET) por lo que se puede aplicar incluso antes de seleccionar el método de la bomba o seleccionar la tasa objetivo o la profundidad de instalación. Un paso final está pendiente porque el gas libre no se muestra aun, pero teniendo en cuenta estas curvas proporcionan la presión correspondiente a la tasa objetivo, entonces el cálculo de gas libre se puede hacer. Sin embargo, el valor cambiará para cada tasa y la profundidad de instalación, por lo que una manera de hacerlo es mediante el trazado de puntos sobre cada IPR con un color que indica el %gas libre correspondiente tal como se muestra en la figura 3.
El concepto EIPR se muestra en la figura 3. Donde el código de color se muestra en la leyenda, el negro representa aquellos puntos que tienen 0%-1% de gas libre, el azul oscuro los puntos con 1%-5% de gas libre y así sucesivamente. Como era de esperar, para una profundidad de bomba fija, el gas libre aumenta a medida que el caudal aumenta porque el PIP disminuye y se aprecia con diferentes colores sobre el mismo IPR. Por otro lado, para una tasa fija el gas libre aumenta a medida que disminuye la profundidad de ajuste, de nuevo porque el PIP disminuye, Para ejemplo en 3500 BPD el gas libre sería 0%-1% a 11000 pies, 1%-5% a 10000 pies, 10%-15% ean 9000 pies, 15%-20% a 7000 pies y 20%-30% a 6000 pies.
La curva IPR enriquecida no sólo proporciona información útil, sino que también propone un nuevo diseño de paradigma para los métodos de bombeo. Así que en lugar de adivinar la tasa objetivo y la profundidad de ajuste y comprobar si es posible, entonces es mucho mejor comenzar con el porcentaje de gas libre que el ingeniero considera factible y luego comprobar que las tasas son posibles y establecer profundidades con esta condición. Por Ejemplo, en la figura 3, digamos que el ingeniero quiere tener un máximo de 10% de gas libre en la bomba, por lo que las opciones serian: instalar la bomba por debajo de las perforaciones (11000ft) y producir casi 8000 BPD aprovechando la alta eficiencia de separación asociada con esta configuración, pero asumiendo todos los desafíos asociados. Otra opción es instalar en las perforaciones y producir alrededor de 3500 BPD, o instalar a 8000 pies y producir 2000 BPD o instalar a 7000ft y producir 1200 BPD. Como se puede apreciar las curvas EIPR permiten seleccionar la profundidad de instalación y el caudal objetivo mientras se visualizan las condiciones de gas libre.
Otro beneficio importante es que las curvas EIPR proporcionan un concepto fácil de explicar y comunicarse con especialistas de otras disciplinas. Por ejemplo, digamos que el ingeniero de yacimiento quiere producir por encima del punto de burbuja en el medio poroso, además el ingeniero de perforación quiere ahorrar dinero teniendo el colgador lo más superficial posible y el ingeniero de levantamiento quiere tener menos de 15% de gas libre en la bomba y la bomba por encima del colgador porque la falta de espacio para instalar una Y-Tool. El EIPR demuestra que en las perforaciones 3000 BPD tendrían presión sobre el punto de burbuja y al mismo tiempo muestra que es posible tener la bomba a 7000 pies teniendo el gas libre por debajo del 15% pero a 6000 pies el gas libre está por encima del 15%, por lo que el colgador no puede estar por encima de 7000 pies.
Las curvas EIPR son esenciales para que los ingenieros especializados desempeñen un levantamiento artificial adecuado y satisfactorio otorgando facilidad para escoger el caudal objetivo visualizando en todo momento las condiciones en las cuales se encuentra el yacimiento petrolero y de gas libre permitiendo seleccionar la profundidad de la instalación, así mismo también ayuda a que la comunicación del equipo de expertos sea más eficaz al ser una herramienta que explica e informa el objetivo de lo que se quiere lograr.
En Unlimited Petroleum Consulting estamos enfocados en satisfacer a nuestros clientes, aportando soluciones integrales para el sector petrolero e industrial garantizando calidad de servicio, soportada en un equipo calificado de especialistas en cada área.
A continuación presentamos unas conclusiones y recomendaciones finales a tomar en cuenta sobre lo expuesto en este artículo:
- El EIPR concepto es una idea innovadora, útil y factible que permite la selección simultánea del caudal objetivo y la profundidad de instalación de la bomba mientras visualiza las condiciones del yacimiento y de gas libre que se aplica para bombeo con BES, BCP, balancín y jet.
- La curva EIPR permite y propone un nuevo enfoque de diseño para métodos de bombeo que comienza con la capacidad de bombeo de gas libre y luego selecciona una tasa de producción factible y la correspondiente profundidad de instalación de la bomba.
- Las curvas EIPR proporcionan un concepto fácil y una herramienta para explicar y comunicarse con los especialistas de otras disciplinas sobre el objetivo, la profundidad de instalación de la bomba y las condiciones de gas libre, así como otros parámetros como la tasa total y la potencia estimada.