Subsuelo Gas Lift

7/23/2019 Subsuelo Gas Lift

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ESCUELA POLITCNICA NACIONAL

LEVANTAMIENTOARTIFICIAL

EQUIPO DE SUBSUELO Y SUSFUNCIONES DE G.L.

JONATHAN GUANO/07/2015


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ABSTRACT

El presente trabajo, da a conocer las diferentes partes de un sistema delevantamiento artificial gas lift, y el funcionamiento de cada una de sus partes.

Se debe tener en cuenta que a la ora de trabajar con un sistema delevantamiento por gas lift, se puede obtener dos mecanismos diferentes comoinyecci!n contin"a de gas y flujo continuo y flujo intermitente de gas.

El principio b#sico del sistema de levantamiento es inyectar gas a la formaci!npara levantar el l$quido, puede ser de manera continua o intermitente, reduciendola densidad de la columna idrost#tica dentro del tubing de producci!n.

En las partes de un gas lift se compone de dos partes, las de superficie y las defondo, entre las de superficie tenemos% ensamblaje de cabe&a del po&o, co'e,co'e con control en el ciclo de tiempo, compresores, separadores, y en el

subsuelo tenemos mandriles de gas lift, v#lvulas de gas lift, empaque de subsuelo.

(o quedan dudas de que el elemento motor de la producci!n ser# en )ste caso elgas, el que si es producido por po&os de alta presi!n, ir# a un separador del$quidos, eventualmente a un tratamiento para desidratarlo, y luego al sistema dedistribuci!n.

Sin anali&ar la conveniencia de los diferentes sistemas, se adoptar# el m#sgenerali&ado para )ste trabajo y consiste en l$neas troncales que alimentan losconjuntos distribuidores, encargados de abastecer cada uno de los po&os de su

&ona. El conjunto se compone de v#lvulas, orificios o reguladoras de caudal ypuentes de medici!n para permitir el adecuado control de la inyecci!n en cadapo&o.

Seg"n las condiciones de la calidad del gas a inyectar, se instalar#n calentadoresantes de los distribuidores, *tambi)n se pueden instalar despu)s+, y de aqu$, el gasllegar# al po&o por la l$nea individual de inyecci!n.


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BASE CIENTFICA

Definicin

El levantamiento artificial por gas, es un m)todo que utili&a gas a presi!n comomedio de levantamiento, a trav)s de un proceso mec#nico o un orificio en latuber$a de producci!n.

El sistema de gas lift consiste en inyectar gas para levantar el l$quido que seencuentra en el po&o, puede ser de manera continua o intermitente, reduciendo ladensidad de la columna idrost#tica dentro del tubing de producci!n.

Tipos de Levantamiento artificial por gas

nyecci!n continua de gas o flujo continuo -lujo intermitente de gas.

Inyeccin Contina de !as o Fl"o Contino

En este r)gimen, el gas se inyecta continuamente bajo alta presi!n en el casingpara gasificar la columna del fluido y aligerarla. Esto disminuye la presi!n de lacolumna idrost#tica para que la baja presi!n idrost#tica en la &ona productora,permita que el po&o fluya con el r)gimen deseado. e esta forma, el po&oproporcionar# un flujo continuo igual que un po&o surgente.

/ara que el po&o surja eficientemente, es necesario instalar una v#lvula gas lift en

la mayor profundidad posible en funci!n de la presi!n de inyecci!n con que sedisponga y la presi!n de fluencia de la capa o reservorio.

0a v#lvula deber# funcionar como un orificio variable, compensador de loscambios de presi!n efectuados en la superficie, o por los de la propia columna,para proporcionar el r)gimen de producci!n m#s eficiente.

En inyecci!n cont$nua, en superficie se mantiene una estable presi!n de gas porentre columnas, mientras que las v#lvulas, seg"n su calibrado y censando lapresi!n de tubing, son las encargadas del aporte de gas de inyecci!n.

Este sistema provee una v#lvula o m#s, que permiten el ingreso permanente delgas al tubing mientras entra simult#neamente el petr!leo del po&o, por lo tanto loque ocurre es que el gas mantiene una columna m#s 1liviana2 facilitando lascondiciones de producci!n.


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Este m)todo, se utili&a en po&os con un $ndice de productividad alto y con unapresi!n de fondo alta. 0as tasas de producci!n que se encuentran en este tipo depo&o, tambi)n son por lo general altas, dependiendo del di#metro de la tuber$a.

Se utili&a en po&os con producci!n de arena y relativamente profundos. Este

m)todo de levantamiento artificial, es el que m#s se apro3ima al comportamientode un po&o en flujo natural, radicando la diferencia en que se puede controlar larelaci!n gas4liquido de la columna de fluido.

Fl"o Intermitente de !as

El principio de operaci!n del r)gimen intermitente es el de la e3pansi!n del gasinyectado bajo alta presi!n, a medida que asciende acia una salida de bajapresi!n. Se utili&a una v#lvula de orificio grande, que permite un control completode la inyecci!n del gas. 5ay que inyectar un volumen de gas bajo una presi!n

suficiente para elevar el fluido a la superficie con la p)rdida m$nima. 0a v#lvuladeber# inyectar s!lo el volumen de gas requerido para elevar el fluidoefica&mente.

El tipo de v#lvula instalada determina si se usa en la superficie un controlador

*Tempori&ador+ con v#lvula motri& o un estrangulador de orificio instalado en lal$nea de inyecci!n del gas.

0as instalaciones de sub4superficie son similares para los dos casos, s!lo que enel intermitente se utili&a la v#lvula de pi) como retenci!n de la carga de inyecci!n

de gas.

Es recomendable la inyecci!n intermitente en el caso de los po&os de producci!nrelativamente baja, y en los casos de bajo $ndice de producci!n, o de baja presi!nde formaci!n.

Se pueden encontrar dos m)todos de control de inyecci!n del gas6

a+ El de controlador, el cual consiste en una v#lvula motri& accionada por unTempori&ador. nyecta el gas en el espacio anular en intervalos peri!dicosselectivos. Se regulan los ciclos de inyecci!n en funci!n de la acumulaci!nde los fluidos en el po&o con el fin de proporcionar el r)gimen de producci!nm#s efica&.

b+ En el otro m)todo, la v#lvula gas lift misma controla la inyecci!n y la


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instalaci!n de superficie incluye un estrangulador o la combinaci!n deestrangular y regulador.

En inyeccin intermitente, un controlador en superficie o por intermedio de

vlvulas que censan la presin de entre columnas, se inyecta

alternativamente una determinada cantidad de gas al tubing, que contribuyecon el empuje hacia la superficie de una determinada cantidad de lquido, y

con el efecto de alivianar la columna.

En la figura se esquemati&a una instalaci!n para producir por el sistemaintermitente y muestra en el corte A, la v#lvula inferior de operaciones cerrada alcompletarse un ciclo, por lo tanto se observa el l$quido ya en la l$nea deconducci!n.

En B, el petr!leo de la formaci!n est# ingresando en el tubing porque se an dadolas condiciones de presi!n para que ello ocurra.

En el corte C, abre la v#lvula de operaciones, porque el control de intermitencia ensuperficie permite la entrada de gas, y )ste al entrar al tubing se ubica en la parteinferior del l$quido e inicia su elevaci!n.


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/or las condiciones descritas anteriormente, )ste estado se mantiene en ,mientras el liquido viaja acia arriba por el tubing, y asta que llegueapro3imadamente a la superficie, el pr!3imo paso ser# el reinicio del ciclo como en

A.

7eneralmente, se usa junto con un controlador de tiempo de ciclo en superficie yen po&os con vol"menes de fluido relativamente bajos o que tienen las siguientescaracter$sticas6

Alto $ndice de productividad con baja presi!n de fondo.

Bajo $ndice de productividad con baja presi!n de fondo.

En el levantamiento por flujo intermitente, el gas se inyecta a intervalos regulares

que coinciden con la tasa de llene del po&o, por la formaci!n productora y tambi)nse reali&a inyectando gas por m#s de una v#lvula. En este caso, la instalaci!ndebe estar dise8ada de forma que las v#lvulas abran justo cuando el fondo deltap!n de fluido las pasa.

#enta"as

El costo inicial, es menor que el de otros m)todos de levantamientoartificial.

Es m#s fle3ible que otros m)todos, permite operar a varias tasas deproducci!n, sin necesidad de cambiar el equipo de subsuelo.

Se utili&a en po&os de asta 9:.;;; pies de profundidad, dependiendo dela presi!n de inyecci!n disponible.

Se puede utili&ar en po&os desviados. En las instalaciones con mandriles de tipo recuperable, se pueden cambiar

las v#lvulas con guaya en caso de mal funcionamiento. Requiere de poco espacio en superficie para el cabe&al y los controles de

inyecci!n. Al no restringirse el di#metro interno de la tuber$a, permite que se corran

registros a trav)s de )sta. /ermite el uso del gas natural que producen los po&os.

Requieren de poco mantenimiento los equipos que se utili&an.

Desventa"as

5ay que disponer de una fuente de gas de alta presi!n.


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En po&os apartados se tienen problemas con el sistema de distribuci!n degas a alta presi!n.

Si el gas de inyecci!n es corrosivo, puede da8ar las instalaciones. El revestimiento de producci!n del po&o debe estar en buenas condiciones

para soportar la presi!n de inyecci!n del gas, con el fin de que no aya escapes

del mismo. DESA$$%LL%

Ca&e'al de po'o

Controlador de cabe&al de po&o es el elemento que controla las aperturas ycierres de las v#lvulas de producci!n en funci!n de los par#metrospredeterminados, tiempos, presiones o una combinaci!n de ambos.

Controladores por tiempos fijos.

Controladores por presi!n.Controladores por combinaci!n de tiempo y presi!n.


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-ormado en general por dos o tres secciones, seg"n el programa de perforaci!n.

Secci!n A, tiene cone3i!n inferior para roscar o soldar el primer casing. Tambi)npuede tener cone3i!n con sistema slip loc'. 0a cone3i!n superior cuenta con unabrida para :;;; /S o


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del po&o que es el punto cr$tico del sistemas, aplicable tanto a la forma continuacomo la intermitente.

onde las condiciones del po&o lo permiten y se elige la inyecci!n continua, )stapuede ser por inyecci!n tipo 1jet2 o bien con v#lvula piloto y>o convencional.

El jet responder# a la simple me&cla a alta velocidad del gas inyectado, con elpetr!leo del po&o para su elevaci!n. 0a v#lvula piloto operar# normalmente abiertay cerrar# cuando las condiciones de la presi!n diferencial as$ lo requieran. 0av#lvula convencional, pre4calibrada, tambi)n responde a las variaciones depresi!n tanto en la inyecci!n como en el po&o.

(ormalmente las capas deben ser protegidas de las altas presiones para obtenermejor rendimiento y para no introducir gas en ellas, por lo tanto se utili&a unpac'er, que se ocupar# de aislar totalmente el espacio anular del tubing deproducci!n. e tal manera que equipando el fondo de la ca8er$a con una v#lvulade pie, el flujo de gas inyectado pasar# del casing al tubing sin contacto niincidencia sobre las capas productoras, creando un circuito obligado de circulaci!nacia la superficie.

E?E@/0S E (STA0AC(ES /ARA =(A (A /R=CTRA

9. /o&o abierto inyecci!n continua *figura A+

D. /o&o semiabierto inyecci!n continua *figura B+

:. /o&o cerrado inyecci!n intermitente *figura C+


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A B C

)andriles de &olsillo

El objeto de los mandriles de bolsillo es el de alojar la v#lvulas recuperables degas lift. Con la v#lvula instalada, el mandril proporciona un di#metro interior igual aldel tubing. En el momento de la terminaci!n del po&o, se puede instalar estosmandriles con v#lvulas falsas en anticipaci!n de aprovecarse de la tecnolog$agas lift a futuro.

0os mandriles son parte integrante de la sarta de tubing y no presentan ning"npeligro de escapes. Al llegar el momento de iniciar el r)gimen gas lift, con el cablede acero se sacan las v#lvulas falsas *o ciegas+ y se instalan las v#lvulasoperacionales. Se puede sacar e instalar las v#lvulas gas lift selectivamente.

#*lvlas

0a necesidad de grandes presiones para iniciar *'ic'off+ la inyecci!n del gas,result! en la invenci!n de las v#lvulas de gas lift. En los a8os veinte sedesarrollaron mucos tipos, cuyo objeto fue el de disminuir dica presi!n parapermitir su instalaci!n a mayores profundidades.

El uso de una serie de dicas v#lvulas permite la inyecci!n del gas en nivelessucesivamente m#s profundos.

Cuando las v#lvulas superiores quedan despresuri&adas debido a la ca$da delvolumen de l$quido en el tubing, se cierran porque la presi!n diferencial en lav#lvula o la velocidad del gas de inyecci!n *seg"n el dise8o+, e3ceden laregulaci!n del resorte o del fuelle de la v#lvula.

E3iste actualmente una gran gama de dise8os de v#lvulas. Estas v#lvulas puedeninstalarse en los mandriles convencionales recuperables con el tubing *llamadasconvencionales+ o en los mandriles e3c)ntricos *llamadas recuperables+.

Clasificacin de las v*lvlas de LA!

En el po&o, la v#lvula est# e3puesta a dos presiones que controlan su operaci!n.

=na fuente de presi!n est# locali&ada en la tuber$a y la otra en el revestidor. eacuerdo con la modalidad de sistema 0A7, es posible tener v#lvulas para 0A7Continuo y 0A7 ntermitente.

En 0A7 Continuo, dependiendo de la construcci!n interna, se tienen dos tipos6


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Vlvula operada por presin (VOP)+Cuando la presi!n del gas inyectadoest# en contacto con el fuelle, la v#lvula se denomina operada por presi!nde inyecci!n.

Vlvula operada por fluido (VOF)+Cuando el fluido de producci!n est# encontacto con el fuelle, se denomina operada por presi!n de producci!n.

En 0A7 ntermitente se tienen6

Vlvula piloto:Consta de una secci!n principal y una secci!n piloto. 0asv#lvulas piloto de 0A7 est#n dise8adas para inyectar grandes cantidadesde gas durante un corto per$odo.

Es,ema de na v*lvla de LA! y n reglador de presin

#*lvlas operadas por presin -#%./

Este tipo de v#lvula es predominantemente sensible a la presi!n deinyecci!n de gas. 0a fuer&a dominante requerida para abrir o cerrar lav#lvula es dada por la presi!n de inyecci!n de gas. Bajo condiciones deoperaci!n, act"an tres presiones sobre el fuelle de la v#lvula6 presi!n deinyecci!n, presi!n de producci!n y la presi!n ejercida por el elemento decarga la cual mantiene la bola en contacto con el asiento. El elemento de


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carga puede ser un fuelle cargado de nitr!geno, un resorte ajustable o unacombinaci!n de ambos. =n diagrama esquem#tico de una v#lvula depresi!n con un fuelle como elemento de carga.

#*lvla operada por presin de inyeccin

#*lvlas operadas por flido -#%F/

0as v#lvulas de fluido o v#lvulas operadas por presi!n de tuber$a sonaquellas donde la presi!n de tuber$a se ejerce sobre el #rea del fuelle. 0os

mandriles de estas v#lvulas son diferentes. =n mandril de una v#lvulaoperada por fluido y una v#lvula de retenci!n se emplean en operacionescon presi!n de tuber$a. Cuando una F- abre, la presi!n del revestidor esgeneralmente 9


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Es,ema de na v*lvla operada por presin de t&er0a

iferentes tipos de v#lvulas puedentrabajar seg"n la presi!n de la columna*tubing+, la del casing, o combinadas. =nejemplo puede verse en la siguiente figura6

Empa,etadras

0as v#lvulas de gas lift son fundamentalmente v#lvulas reguladoras de presi!n,que se introducen entre el tubing y el casing, para controlar la inyecci!n de gas,cuidando que el mismo se inyecte en el volumen, presi!n y profundidad deseados.

En el esquema superior se aprecia c!mo la presi!n de entre columnas, vence a lapresi!n de calibraci!n de la v#lvula *nitr!geno+, abriendo la misma y permitiendo elpaso del gas de inyecci!n, del casing al tubing.


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#AL#1LA C%N#ENCI%NAL .A$A ELE#ACI%N NE1)ATICA

5ay v#lvulas como la del tipo spreadmaster que se adaptan a la inyecci!ncontinua o intermitente. e los dos modelos disponibles, uno se recupera concable de acero, y el otro se recupera con el tubing. 0os dos modelos se adaptan alos equipos de gas lift ya instalados en el po&o.

0as v#lvulas falsas se instalan en los mandriles de bolsillo con cable de acero para

cubrir los orificios de inyecci!n de los mandriles. Se las puede instalar antes de laterminaci!n del po&o o despu)s, para probar a presi!n el tubing, el pac'er y otrosequipos.

En el caso de los nuevos po&os, las v#lvulas falsas *ciegas+ pueden permanecerinstaladas en los mandriles durante a8os asta la instalaci!n eventual de lasv#lvulas de gas lift. 0as v#lvulas falsas se sacan y las v#lvulas operativas seinstalan con cable de acero. A medida que el po&o se e3plote, se puedereempla&ar las v#lvulas que no sean necesarias con v#lvulas falsas.

/ara esto las v#lvulas disponen de anclajes y puntos de pesca, montados en suconjunto, como muestra la figura6


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N%)ENCLAT1$A

F/G F#lvulas operadoras de presi!n

0A7G 0evantamiento Artificial de 7asF-G F#lvulas operadoras de fluido

PSO G /RESH( E A/ERT=RA E( S=/ER-CE

PCS G /RESH( E CERRE

PTRO G /RESH( E A/ERT=RA E FA0F=0A E( TA00ER

C%NCL1SI%NES 2 $EC%)ENDACI%NES

El 0evantamiento Artificial por nyecci!n de 7as es un m)todo de producci!n queutili&a gas comprimido a alta presi!n como fuente e3terna de energ$a.

En po&os con bajo $ndice de productividad, el gas lift continuo no puede serimplementado ya que la afluencia del po&o se dificulta debido a la presi!n deoperaci!n del sistema.


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El levantamiento intermitente opera cerrando el suministro de gas para permitir alpo&o fluir acia el cabe&al de producci!n.

0as v#lvulas de operaci!n se dise8an espec$ficamente para la circulaci!ncontinua, mientras que las v#lvulas de descarga est#n dise8adas "nicamente para

permitir descargas peri!dicas.

El gas inyectado tiene como prop!sito aligerar o despla&ar la columna de fluidos,reduciendo su peso.

0as limitaciones de profundidad est#n controladas por el sistema de inyecci!n depresi!n y las tasas de fluido. T$picamente, para 9.;;; Bpd con eductor D,Bls, tendr#una profundidad de inyecci!n de 9;;;; pies

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