Subido por Ivan VeRa

analisis de valvulas tipo venturi de BN

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La presión aumenta: Innovaciones en
sistemas de levantamiento artificial por gas
Maharon Bin Jadid
PETRONAS Carigali Sdn Bhd
Kuala Lumpur, Malasia
Arne Lyngholm
Morten Opsal
Statoil ASA
Stavanger, Noruega
Los sistemas de levantamiento artificial por gas de bajo costo han sido tradicionalmente el método de levantamiento artificial preferido en los ambientes de producción
marinos. Las innovaciones introducidas en los sistemas de levantamiento artificial por
gas, de alto desempeño y alta confiabilidad, han incrementado las capacidades para
mejorar la producción y la seguridad en las modernas instalaciones submarinas
y de aguas profundas de alta presión.
Adam Vasper
Thomas M. White
Rosharon, Texas, EUA
Introducido a mediados de la década de 1800, el
levantamiento artificial por gas es uno de los
métodos de levantamiento artificial más antiguo
de la industria petrolera.1 Sin embargo, las tecnologías tradicionales de levantamiento artificial
por gas, en su mayoría desarrolladas a partir de la
década de 1950, no satisfacen todas las actuales
demandas de alta presión, alto desempeño y seguridad inherentes a las operaciones de
terminación de pozos submarinos y de aguas profundas. Estas deficiencias están siendo
suplantadas por nuevos equipos que superan las
limitaciones de diseño tradicionales.
La necesidad de nuevos equipos es inminente.
Está previsto que la demanda energética mundial
aumente aproximadamente a razón de 1.9% anual
hasta el año 2030. 2 Al menos un 90% de esa
demanda será satisfecha con hidrocarburos, lo
que se traduce en 11 millones de b/d [1.7 millón
de m3/d] de petróleo adicional para el año 2010.
Tomando en cuenta un ritmo de declinación
anual de la producción del 5%, la demanda de
petróleo crecerá hasta alcanzar casi 44 millones
de b/d [7 millones de m3/d] para el año 2010. Esta
demanda genera preocupación en torno a las
reservas inciertas del futuro. No obstante,
muchos especialistas de la industria creen que
entre un 50 y un 75% del petróleo necesario para
los próximos 20 años provendrá de activos maduros y están convencidos de que gran parte de la
demanda puede satisfacerse con tecnologías de
levantamiento artificial específicas, que incrementen las capacidades de producción potencial
en el largo plazo.3
Actualmente, existen casi 1,000,000 de pozos
productores en todo el mundo. 4 Más del 90%
emplea alguna forma de levantamiento artificial
para lograr niveles de producción mejorada. La
50
presión del yacimiento en estos pozos habitualmente es inadecuada para llevar el petróleo a la
superficie, de manera que los operadores deben
complementar el mecanismo de empuje natural
del yacimiento para incrementar la producción
de fluidos. Si bien el método de levantamiento
artificial por gas se utiliza sólo en aproximadamente 30,000 pozos, se trata de la técnica más
difundida y económica utilizada para los pozos de
campos petroleros marinos maduros.
El proceso de levantamiento artificial por gas
implica la inyección de gas natural en un pozo
productor, a través del espacio anular existente
entre la tubería de producción y la tubería de
revestimiento. El gas inyectado crea burbujas en
el fluido producido contenido en la tubería de
producción, lo que lo hace menos denso. Esto posibilita que la presión de formación levante la
columna de fluido presente en la tubería de
producción y aumente la cantidad de fluido producido por el pozo.
Desafortunadamente, las tecnologías de levantamiento artificial por gas tradicionales poseen
limitaciones de diseño, tales como límites de la
tasa de inyección de gas para un flujo de fluido
estable en la tubería de producción y la tubería de
revestimiento, una presión de operación máxima
baja y sistemas de contrapresión no confiables.
Estas restricciones impiden que los métodos de
levantamiento artificial por gas convencionales
cumplan con los requisitos de seguridad de las
operaciones de alta presión e imposibilitan su utilización en un número significativo de pozos
submarinos y de aguas profundas actuales. Debido
a estas limitaciones, muchas instalaciones submarinas y de aguas profundas no están provistas de
sistemas de levantamiento artificial por gas; sin
embargo, podrían beneficiarse si los tuvieran.
Las innovaciones de diseño, tales como el
empleo de la geometría de flujo tipo venturi de las
válvulas de levantamiento artificial por gas, pueden reducir las inestabilidades del flujo en la
tubería de producción y en la de revestimiento.
Sumadas a los sistemas de fuelles de alta presión,
estas mejoras han extendido significativamente la
limitación de la presión máxima de los sistemas
de levantamiento artificial por gas, que pasó de
2,500 lpc a 5,000 lpc [17.2 a 34.5 MPa]. Además, la
reciente introducción de las válvulas de control de
flujo de levantamiento artificial por gas, controladas desde la superficie, ha incrementado el rango
de aplicaciones y la flexibilidad de dichos sistePor su colaboración en la preparación de este artículo, se
agradece a Gayatri Kartoatmodjo, Kuala Lumpur; Ian Raw,
Stavanger; Eli Tenold, Norsk Hydro, Oslo, Noruega; y Samuel
Zewe, Rosharon.
NODAL, NOVA, PIPESIM y XLift son marcas de Schlumberger.
1. La primera patente de un sistema de levantamiento
artificial por gas, el Inyector de Petróleo de Brear, fue
registrada en 1865 y, entre 1865 y 1953, se desarrollaron
más de 70 patentes y aplicaciones de sistemas de levantamiento artificial por gas. Para obtener más información
sobre la historia de estos sistemas, consulte: Brown KE:
Gas Lift Theory and Practice, Including a Review of
Petroleum Engieering Fundamentals. Englewood Cliffs,
Nueva Jersey, EUA: Prentice-Hall (1967): 181–197.
2. International Energy Outlook 2006, DOE/EIA-0484 (2006)
publicado por la Administración de Información Energética
del gobierno de EUA, http://eia.doe.gov/oiat/ieo/world.html
(Se accedió el 24 de noviembre de 2006).
3. Pike B: “Importance of Mature Assets Development for
Future Energy Supplies,” presentación de apertura de la
Conferencia de Energía de Hart, “Brownfields: Optimizing
Mature Assets,” Denver, 31 de octubre al 1 de noviembre
de 2006.
4. Abraham K: “High Prices, Instability Keep Activity
High,” World Oil 227, no. 9 (Septiembre de 2006),
http://www.worldoil.com (Se accedió el 20 de
diciembre de 2006).
5. Fleshman R, Harryson y Lekic O: “Artificial Lift for
High-Volume Production,” Oilfield Review 11, no. 1
(Primavera de 1999): 48–63.
6. Donnelly R: Artificial Lift: Oil and Gas Production.
Austin, Texas: PETEX, 1985.
Oilfield Review
Tasa de producción de petróleo
mas. Estas nuevas capacidades de levantamiento
artificial por gas están encarando las necesidades
crecientes de los pozos profundos y de las terminaciones submarinas actuales y futuras.
Las tecnologías avanzadas de levantamiento
artificial por gas están ayudando a los operadores
a mejorar la producción de petróleo y la recuperación de las reservas. Este artículo se explaya
sobre los principios básicos del método de levantamiento artificial por gas y describe cómo los
métodos innovadores están ayudando a los operadores a satisfacer los requerimientos críticos de
producción de petróleo en ambientes submarinos
y de aguas profundas. Algunos estudios de casos
del área marina de Malasia, el Mar de Noruega y
B
Fluido
producido
Válvula de
control de flujo
Tubería de
producción
Tubería de
revestimiento
Gas de
inyección
Punto de
entrada del
gas en el
mandril de
cavidad
lateral
A
Zona de petróleo
Tasa de inyección de gas para el levantamiento artificial
> Levantamiento artificial por gas. El levantamiento artificial por gas incrementa el flujo de petróleo mediante la reducción de la carga hidrostática de la columna de fluido del pozo (derecha). En un pozo que
produce por levantamiento artificial por gas, la presión de la tubería de producción en el fondo del pozo
es una función de la cantidad de gas inyectado, las propiedades de los fluidos, las tasas de flujo y los
parámetros de los pozos y del yacimiento. La tasa de producción de petróleo que puede lograrse en un
pozo dado es una función de la tasa de inyección de gas de superficie (inserto izquierdo). El incremento
de la tasa de inyección de gas incrementará a su vez el volumen de petróleo producido en el pozo, hasta
un punto en que el volumen de gas producido reemplace al petróleo producido, arrojando un régimen de
producción de petróleo máximo (A). En las operaciones típicas, el costo de hacer producir el pozo con
sistemas de levantamiento artificial por gas debe considerarse como parte de los aspectos económicos
generales del sistema. Entre los factores del costo de levantamiento se encuentran los costos del gas
natural, los costos de la compresión del gas y del combustible, y los costos de eliminación de los líquidos
asociados a los hidrocarburos (agua producida) en función del precio imperante para un barril de petróleo. En muchos casos, la tasa de inyección óptima (B) y el régimen de producción de petróleo asociado
son más rentables y ofrecen una mejor tasa de retorno que la tasa máxima de inyección y de producción
de petróleo (A), que posee un costo de levantamiento por barril mucho más alto.
el Mar del Norte, demuestran cómo estas tecnologías están siendo utilizadas en una diversidad
de ambientes productivos.
Principios del método de
levantamiento artificial por gas
A lo largo de la vida productiva de un pozo de petróleo, la presión de fondo de pozo (presión
dinámica de fluencia) que sustenta la producción
natural, con el tiempo se reduce a niveles tan
bajos que el pozo deja de fluir o bien no logra producir a un régimen rentable. Cuando se plantea
esta situación, pueden quedar atrás volúmenes
significativos de petróleo. Para recuperar este
petróleo y mejorar la productividad del campo, se
pueden implementar diversas soluciones de
levantamiento artificial, que implican el bombeo
Primavera de 2007
del petróleo a la superficie o la modificación de
las propiedades del fluido del pozo, lo que permite que la presión del yacimiento disponible
lleve el petróleo a la superficie.5
El levantamiento por gas es una técnica de
levantamiento artificial que utiliza gas de relativamente alta presión inyectado en el pozo desde
la superficie, típicamente entre la tubería de
revestimiento y la tubería de producción, a través de una válvula colocada en el pozo a una
profundidad estratégica (arriba).6 El gas inyectado ingresa en la válvula y se mezcla con el
fluido de la tubería de producción. Este proceso
de mezclado reduce la densidad del líquido, permitiendo que la presión de fondo de pozo lleve el
petróleo a la superficie. A través del mantenimiento de una tasa de inyección de gas constante
51
Consideraciones
Evaluación de los métodos de
levantamiento artificial por gas
Medio ambiente
Yacimiento
Datos técnicos de entrada
de los proveedores de
equipos y de las
compañías de servicios
Análisis
comercial
Proceso superior
Análisis
de riesgos
Pozo
Diseño del sistema de
levantamiento artificial por gas
Datos del sistema
Tecnología actual
y futura
Seguridad
Instalación del sistema de
levantamiento artificial por gas
Evaluación de resultados
y revisión de opciones
> Evaluación de los sistemas de levantamiento artificial por gas. Para instalar un sistema de levantamiento artificial por gas eficiente, se deben investigar todos los factores que afectan el desempeño
del pozo. Esto incluye el análisis de sensibilidades (presiones de la línea de producción, propiedades
de las formaciones y otros aspectos) que incidirán en el desempeño del pozo que produce mediante
levantamiento artificial por gas. A partir de estas evaluaciones, el ingeniero especialista en aplicaciones de levantamiento artificial por gas puede valorar y determinar la mejor alternativa de instalación
y diseño en base a factores técnicos, comerciales, de riesgo y sistémicos en general.
desde la superficie y una relación gas inyec tado/fluido de pozo constante, el pozo producirá
petróleo a un régimen también constante.
Dado que el gas es la fuente de energía para
este sistema de levantamiento artificial y normalmente se inyecta en forma continua, es
necesario contar con un suministro abundante.
En la mayoría de los casos, el gas se obtiene de
los pozos productores de gas adyacentes y se
comprime y distribuye entre los pozos de petróleo individuales, a través de una red de tuberías
de superficie. Una vez que un pozo que opera por
levantamiento artificial por gas produce petróleo o fluidos de pozo asociados, el gas inyectado
se recupera en la superficie, se recomprime y se
reinyecta en el mismo campo.
Para diseñar un sistema de levantamiento
artificial por gas óptimo y eficiente, los ingenieros especialistas en dichas aplicaciones deben
construir un modelo de sistema para cada pozo,
utilizando un software específico y las técnicas de
análisis nodal provistas por programas tales como
el programa PIPESIM de análisis del sistema de
producción. Esta herramienta de software provee
una representación precisa del potencial de pro-
52
ducción de los pozos individuales que conforman
la red de producción. Sobre la base de la presión
de inyección de gas disponible y los volúmenes de
gas provistos a los pozos de la red de producción,
es posible computar las tasas de petróleo y la asignación de gas para cada pozo (arriba). Mediante
el cómputo del potencial de flujo del sistema, el
proceso de modelado asiste en la selección correcta del equipo de fondo de pozo.
Este enfoque de sistemas integrados constituye un enlace del potencial de flujo de petróleo
o de la curva de desempeño (IPR) de cada pozo
productor y la capacidad de flujo (o curva de
desempeño) de la tubería de producción con la
red de instalaciones y tuberías de producción de
superficie. El sistema de producción de petróleo
entero, compuesto por los pozos individuales
conectados a la infraestructura de producción
de superficie, debe ser diseñado y ajustado para
posibilitar niveles de producción de petróleo
óptimos y estables del sistema de levantamiento
artificial por gas.
El sistema operativo ideal para los pozos que
producen mediante levantamiento artificial por
gas es aquél que posibilita una tasa de inyección
de gas continua y estable en el punto más profundo posible del pozo. Una tasa de inyección
estable, a una presión de inyección constante,
promoverá una tasa de flujo de líquido estable
del pozo, minimizando la posibilidad de que se
produzcan fluctuaciones de presión no deseadas
en la formación y permitiendo una producción
de petróleo máxima con un proceso de levantamiento artificial continuo.
Estabilidad del flujo del pozo en operaciones
de levantamiento artificial por gas
La eficiencia de operación en un pozo de flujo
continuo que produce mediante levantamiento
artificial por gas, depende de cuán estables sean
las presiones y las tasas de flujo de producción.
La estabilidad del sistema requiere que la operación de levantamiento artificial por gas sea
diseñada correctamente, de modo que la válvula
de fondo de pozo inyecte gas con la tasa de flujo
crítico calculada.7
El flujo crítico tiene lugar cuando la velocidad del fluido a través del orificio de una válvula
de levantamiento artificial por gas alcanza la
velocidad del sonido. La tasa de flujo crítico es
regulada por las presiones desarrolladas aguas
arriba y aguas abajo, a través del orificio de la
válvula de levantamiento artificial por gas. En un
diseño convencional de válvula con orificio cuadrado, el flujo crítico tiene lugar habitualmente
cuando se produce una reducción del 40 al 60%
entre la presión de inyección aguas arriba y la
presión de flujo aguas abajo (próxima página, a
la izquierda).
En un régimen subcrítico, los cambios pequeños producidos en las presiones aguas abajo
tienden a inducir inestabilidades en el espacio
anular aguas arriba.8 Los cambios pequeños producidos en la presión pueden causar cambios
grandes en la tasa de flujo. En ciertas situaciones,
esto puede dar lugar a una realimentación positiva que produce fluctuaciones indeseadas en la
presión y en los regímenes de producción, lo que
7. Alhanati FJS, Schmidt Z, Doty DR y Lagerief DD:
“Continuous Gas-Lift Instability: Diagnosis, Criteria,
and Solutions,” artículo SPE 26554, presentado en la
Conferencia y Exhibición Técnica Anual de la SPE,
Houston, 3 al 6 de octubre de 1993.
8. Poblano E, Camacho R y Fairuzov YV: “Stability Analysis
of Continuous-Flow Gas Lift Wells,” artículo SPE 77732,
presentado en la Conferencia y Exhibición Técnica
Anual de la SPE, San Antonio, Texas, 29 de septiembre
al 2 de octubre de 2002.
9. Faustinelli J, Bermúdez G y Cuauro A: “A Solution to
Instability Problems in Continuous Gas lift Wells Offshore
Lake Maracaibo,” artículo SPE 53959, presentado en la
Conferencia sobre Ingeniería de Petróleo de la Sección
de América Latina y El Caribe de la SPE, Caracas, 21 al
23 de abril de 1999.
10. Tokar T, Schmidt Z y Tuckness C: “New Gas Lift Valve
Design Stabilizes Injection Rates: Case Studies,” artículo
SPE 36597, presentado en la Conferencia y Exhibición
Técnica Anual de la SPE, Denver, 6 al 9 de octubre de 1996.
Oilfield Review
se conoce como fenómeno “de cabeceo.” No obstante, a la tasa de flujo crítico o por encima de
ella, el circuito de realimentación falla y las variaciones de presión aguas abajo no pueden
propagarse nuevamente aguas arriba para demandar más gas. Las inestabilidades relacionadas con
el cabeceo en la tubería de revestimiento y en la
tubería de producción, también pueden producirse cuando la presión máxima del sistema de
compresión de superficie no puede sustentar la
presión diferencial necesaria para mantener el
flujo crítico en una operación de levantamiento
artificial por gas adecuada.
Para determinar si las inestabilidades del
flujo son el resultado de la operación del sistema
de fondo de pozo, el ingeniero de producción
puede utilizar los datos de las pruebas de producción del pozo relevante y los parámetros de
operación del sistema de levantamiento artificial por gas con el software de modelado del
sistema de producción NODAL para analizar el
sistema. Mediante el modelado de las tasas de
flujo y las presiones existentes, el ingeniero
puede determinar si la tasa de inyección de gas,
en la profundidad de la válvula del sistema, se
encuentra en flujo crítico o subcrítico y si existe
suficiente presión diferencial entre la presión
aguas arriba y la presión aguas abajo para generar regímenes de producción estables.
Desafortunadamente, casi todas las válvulas
de levantamiento artificial por gas tienen el
orificio cuadrado tradicional. Estas válvulas tradicionales suelen instalarse a profundidades en
las que las tasas de flujo de inyección de gas no
pueden alcanzar velocidades críticas, lo que
genera un flujo de petróleo inestable. No obstante, las modernas tecnologías alternativas de
levantamiento artificial por gas ahora pueden
resolver estas inestabilidades de flujo y eliminarlas. Por ejemplo, Petróleos de Venezuela S.A.
está utilizando con éxito la válvula NOVA de
Schlumberger para eliminar las inestabilidades
de la producción en sus pozos del Lago de Maracaibo.9 El diseño mecánico innovador del orificio
de la válvula NOVA utiliza una boquilla tipo venturi, que es una apertura convergente-divergente,
diseñada para controlar el flujo de gas a través
de la válvula (abajo).10 La boquilla tipo venturi
hace que el flujo de gas crítico tenga lugar una
vez que la presión aguas abajo se reduce hasta
alcanzar un valor de entre 90 y 95% de la presión
aguas arriba. En todos los casos, la condición de
flujo crítico se da con presiones diferenciales
equivalentes al 10% de la presión aguas arriba.
Esta válvula es única porque previene las
inestabilidades del flujo, sin las pérdidas de producción asociadas con las válvulas convencionales. La estabilización de la presión de flujo de
fondo de pozo generalmente incrementará la
producción total del pozo en cuestión. Este beneficio es particularmente importante en pozos con
terminaciones duales, donde dos sistemas independientes operan en el espacio anular de un
Sello de empaque
Sello de empaque
Volumen de gas de
inyección
Volumen de gas de
inyección
Válvula de orificio serie NOVA
Válvula de orificio
convencional
0.53
Pdown
Pup
Válvula de orificio
convencional
0.53
Relación Pdown
Pup
1.00
Relación
Orificios de
entrada de gas
Orificio cuadrado
Área de flujo
del estrangulador
Sello de
empaque
Válvula de
retención de
flujo reverso
Primavera de 2007
> Válvula de levantamiento artificial
por gas con orificio convencional
y gráfica de desempeño del flujo
de gas. El gas ingresa en la válvula por los orificios de entrada y
fluye a través de un orificio cuadrado, seleccionado para proveer
una tasa de flujo de gas controlada. La curva correspondiente al
desempeño del flujo (derecha) a
través de una válvula de levantamiento artificial por gas de orificio
cuadrado convencional, puede
modelarse utilizando la ecuación
de Thornhill-Craver. Esta ecuación
utiliza la presión de la tubería de
revestimiento aguas arriba de la
válvula, Pup, y la presión de la tubería de producción aguas abajo
de la válvula, Pdown, el área de
flujo del estrangulador, los coeficientes empíricos de descarga, y
las propiedades del gas para
determinar la tasa de flujo a
través de la válvula. (Adaptado
de Vasper, referencia 13).
Orificios de
entrada de gas
Boquilla
tipo venturi
Sello de
empaque
0.90
1.00
> Válvula de levantamiento artificial
por gas NOVA con boquilla tipo
venturi y gráfica de desempeño
del flujo de gas. La gráfica de desempeño (derecha) muestra que el
flujo crítico (azul) se logra a través
de la apertura convergente-divergente en la válvula con boquilla
tipo venturi, con un 10% o un porcentaje menor de caída de presión.
Por el contrario, las válvulas con
orificios cuadrados convencionales
(rojo) requieren entre un 40% y un
60% de caída de presión para lograr
el flujo crítico. En la mayoría de
los casos, no es práctico operar
con tanta pérdida de presión.
Válvula de
retención de
flujo reverso
53
Válvula de
control de flujo
Flujo de gas
Gas de inyección
Mandriles de
cavidad lateral
Empacador
de sarta dual
Empacador de
una sola sarta
Zona de petróleo A
Empacador de una
sola sarta
Zona de petróleo B
> Terminación dual con sistemas de levantamiento
artificial por gas. Las instalaciones de sistemas
duales de levantamiento artificial por gas, o sistemas duales de levantamiento artificial por gas con
el espacio anular común, se diseñan habitualmente
para los ambientes de producción marinos. Este
concepto permite que dos zonas productivas o dos
pozos produzcan en forma independiente a través
de un solo pozo. Las zonas productivas se aíslan
con un empacador de producción dual que permite
la producción de fluidos hacia el interior de las sartas de tubería de producción individuales. El gas
inyectado en el espacio anular común puede distribuirse en forma independiente a través de las
válvulas de levantamiento artificial por gas para
cada sarta de producción. Este concepto permite
que un operador de un área marina explote zonas
múltiples de cada pozo, duplicando de este modo el
número de pozos que pueden producir desde una
sola plataforma marina.
solo pozo (arriba). En estas instalaciones de
levantamiento artificial por gas, se debe utilizar
una sola fuente de inyección de gas para controlar
la inyección de gas y la estabilidad del flujo de dos
pozos de producción independientes. La estabilización de la presión de inyección también permite
reducir los costos de mantenimiento.
Otro beneficio de la válvula NOVA es el control
mejorado que ofrece en los campos operados con
sistemas de levantamiento artificial por gas, que
poseen esquemas de optimización controlados
por computadora.11 Hasta hace poco, los pozos
inestables se excluían de las operaciones de opti-
54
mización controladas por sus efectos desestabilizadores sobre los controles de realimentación de
dicho sistema. Con la válvula NOVA, aunque la
producción del pozo sea levemente inestable en
la tubería de producción, la tasa de gas inyectado
se mantendrá constante y, en consecuencia, la
presión del gas de inyección, que es el parámetro
de control para estos sistemas, permanecerá estable. Esto posibilita la inclusión de más pozos en
los esquemas de optimización.
Optimización de los sistemas de
levantamiento artificial por gas
Un ejemplo reciente de Malasia muestra los beneficios de cambiar las válvulas tradicionales por válvulas con boquilla tipo venturi en una campaña de
optimización de los sistemas de levantamiento
artificial por gas de todo un campo. El Campo
Bokor, operado por PETRONAS Carigali Sdn Bhd
(PCSB), comprende tres plataformas con 77 sartas
de producción de petróleo que utilizan métodos de
levantamiento artificial por gas (abajo). Varias de
estas sartas corresponden a productores duales
con un espacio anular común.
Un campo cercano suministra el gas de inyección para el Campo Bokor y las instalaciones de
compresión se encuentran en las plataformas. No
obstante, con compresores que se están envejeciendo y fluctuaciones en la disponibilidad del
gas, es crucial distribuir el gas para la operación
de levantamiento artificial entre los productores
más prolíficos. La clave para optimizar la productividad del campo es mantener la entrega de gas
en los pozos con suministros de gas inciertos, que
son los que crean una inestabilidad significativa
en la producción del campo.
Como parte de una estrategia de producción
global para el Campo Bokor, PCSB y el equipo de
la alianza Bokor de Schlumberger implementaron
una campaña de optimización de los sistemas de
levantamiento artificial por gas para estabilizar
los regímenes de producción. La productividad de
los pozos mejoraría significativamente mediante
la minimización del fenómeno de cabeceo severo,
introducido por las fluctuaciones de la presión de
inyección de gas de la tubería de revestimiento y
la tasa de inyección.
Históricamente, en el Campo Bokor se han
instalado las válvulas tradicionales con orificios
cuadrados. Por ejemplo, un pozo fue diseñado
originalmente para una tasa de inyección de gas
de 14,200 m3/d [500 Mpc/d], con una presión de
inyección de 630 lpc [4.3 MPa]. No obstante, el
sistema de producción estaba operando en realidad con una tasa de inyección mucho más baja,
de 3,398 m3/d [120 Mpc/d] de gas, a una presión
de inyección de 450 lpc [3.1 MPa], porque el orificio cuadrado impedía que se alcanzara la tasa
de flujo crítico en el pozo, lo que producía inestabilidades en el flujo de la tubería de producción.
0
km
40
0
millas
25
ASIA
r
Ma
del
Sur de China
Kuala Baram
Campo Bokor
Lutong
Miri
INDONESIA
SARAWAK
> Campo Bokor. PETRONAS Carigali Sdn Bhd opera tres plataformas en el Campo Bokor, situado a
45 km [28 millas] del área marina de Miri, Sarawak, en Malasia Oriental.
Oilfield Review
15
900
14
Tasa de flujo posterior a la operación
13
Tasa de flujo 1,000 b/d
700
600
500
400
300
200
Inicio del reemplazo del sistema
de levantamiento artificial por gas
12
11
Producción bruta, b/d
10
9
8
Producción neta, b/d
7
Feb. 2006
Mar. 2006
Ene. 2006
Dic. 2005
Nov. 2005
Oct. 2005
Sept. 2005
Ago. 2005
Jul. 2005
Jun. 2005
Abril 2005
Mayo 2005
Mar. 2005
Feb. 2005
4
Dic. 2004
5
0
Ene. 2005
6
100
BO-301-L
BO-303-L
BO-303-S
BO-306-L
BO-307-L
BO-307-S
BO-311-L
BO-311-S
BO-312-L
BO-312-S
BO-202-S
BO-203-L
BO-208-L
BO-208-S
BO-212-S
BO-212-L
BO-213-L
BO-104-S
BO-105-S
BO-108-L
BO-108-S
BO-110-L
BO-110-S
BO-111-L
BO-111-S
BO-112-L
BO-112-S
BO-113-S
Tasa de flujo de petróleo, b/d
800
Tasa de flujo previa a la operación
Fecha
Nombre del pozo
> Optimización del sistema de levantamiento artificial por gas en el Campo Bokor. Las tasas de desempeño de los pozos individuales se comparan antes y
después de la optimización del sistema de levantamiento artificial por gas (izquierda). La producción bruta, incluyendo el petróleo y el agua, proveniente de
todos los pozos que producen por levantamiento artificial por gas se incrementó en un 60% aproximadamente durante más de un año de operación (derecha).
La producción neta de petróleo aumentó en un 35% aproximadamente.
Mediante el empleo de una válvula NOVA con
boquilla tipo venturi, el operador logró incrementar la tasa de inyección de gas en el pozo en
grado suficiente para alcanzar la tasa de flujo crítico y estabilizar la producción. Finalmente, el
pozo alcanzó la tasa de inyección de gas diseñada
originalmente y la producción promedio de
petróleo se incrementó en 12.7 m3/d [80 b/d].
A lo largo de un período de nueve meses, la
campaña de optimización de las operaciones de
levantamiento artificial por gas llevada a cabo en
el Campo Bokor, logró que las tres plataformas
adoptaran el sistema de válvulas NOVA. Las lecturas de producción medidas indicaron que en
los pozos provistos de válvulas NOVA se obtenían
tasas y presiones de inyección estables. Esta
campaña de optimización incrementó la producción de petróleo en más de 318 m3/d [2,000 b/d],
con respecto a la producción obtenida antes de
la instalación de las válvulas NOVA (arriba).
Sistemas de levantamiento artificial
por gas de alta presión y alto desempeño
Desde hace mucho tiempo, los sistemas de levantamiento artificial por gas constituyen el
método de levantamiento artificial preferido en los
ambientes de producción marinos. Entre las razones que subyacen esa preferencia se encuentran
el costo relativamente bajo del equipamiento inicial instalado durante la terminación del pozo, la
disponibilidad general del gas y del equipo de
com presión, y la capacidad del sistema para
adaptarse a las condiciones cambiantes del yacimiento. Además, la facilidad relativa de las
operaciones de intervención con línea de acero
para el mantenimiento del equipo de levantamiento artificial por gas, confiere al operador la
flexibilidad para cambiar o reparar el sistema sin
Primavera de 2007
tener que extraer toda la instalación del pozo,
minimizando simultáneamente el tiempo inactivo
generado durante este proceso de intervención.
Finalmente, debido a su costo relativamente bajo
y su confiabilidad en el largo plazo, los sistemas
de levantamiento artificial por gas a menudo se
despliegan en pozos submarinos profundos como
sistema de apoyo para otras tecnologías de levantamiento artificial, tales como las bombas
eléctricas sumergibles (ESP) (véase “Tecnologías
en evolución: Bombas eléctricas sumergibles,”
página 34).
Conforme aumenta el número de desarrollos
submarinos y de aguas profundas en todo el
mundo, también lo hace la necesidad de crear
nuevos sistemas de levantamiento artificial por
gas para maximizar la recuperación de petróleo. A
medida que declinan las presiones del yacimiento
y aumentan los cortes de agua, los operadores se
enfrentan al reto de instalar sistemas que satisfagan los requerimientos de alto desempeño y
confiabilidad sostenida de sus ambientes operativos de aguas profundas, limitando o eliminando
al mismo tiempo la necesidad de efectuar operaciones de intervención costosas. Además, el
incremento de las presiones en los pozos más
profundos y la vigencia de requisitos reguladores
más estrictos, combinados con los riesgos asociados con las estructuras de producción flotantes,
han incrementado la importancia de la integridad del pozo en los sistemas de levantamiento
artificial por gas para aplicaciones submarinas.
Los operadores que consideran la utilización
de sistemas de levantamiento artificial por gas en
pozos submarinos y de aguas profundas, habitualmente se esfuerzan por trabajar dentro de los
límites del equipo estándar. En la mayoría de los
casos, esto significa que la profundidad máxima
para la inyección de gas está limitada por el rango
de presión de inyección de gas de la válvula. En
muchos ejemplos, el análisis de desempeño del
pozo indica que con presiones de inyección de gas
más altas, la profundidad de inyección podría
incrementarse en forma suficientemente significativa como para permitir que el pozo produzca
volúmenes de petróleo mucho más grandes.
Los sistemas de levantamiento artificial por
gas convencionales pueden operar hasta un límite
máximo de presión de inyección de 2,500 lpc.
Esta presión de operación máxima es suficiente
sólo en pozos terrestres tradicionales y en pozos
de plataformas marinas típicos, en los que las
profundidades de los yacimientos son someras y
se registran presiones de producción más bajas.
No obstante, en ambientes marinos y de aguas
más profundas, el equipo de levantamiento artificial por gas debe ser capaz de operar con
presiones de inyección de gas de hasta 5,000 lpc
y con tasas de inyección de más de 283,000 m3/d
[MMpc/d]. Se trata de aplicaciones no tradicionales que deben llevarse a cabo al mismo tiempo
que mantienen la integridad hidráulica durante
toda la vida productiva del pozo. Las válvulas de
levantamiento artificial por gas convencionales
no pueden funcionar en estos niveles operativos
extremos y, en consecuencia, no ofrecen una
confiabilidad adecuada. Esto ha limitado habitualmente el empleo de estos sistemas en los
pozos submarinos que requieren alta presión de
inyección de gas.
11. Jansen B, Dalsmo M, Nøkleberg L, Havre K, Kristiansen
V y Lemetayer P: “Automatic Control of Unstable Gas
Lifted Wells,” artículo SPE 56832, presentado en la
Conferencia y Exhibición Técnica Anual de la SPE,
Houston, 3 al 6 de octubre de 1999.
55
operadores terminen los pozos con sistemas de
levantamiento artificial por gas con puntos de
inyección más profundos, a fin de incrementar
su desempeño global.
El sistema de levantamiento artificial por gas
XLift presenta una configuración de flujo con
boquilla tipo venturi, similar al de la válvula
NOVA para proveer un rendimiento de gas más
eficiente y estable. Además, posee una válvula
de retención de sello positivo que elimina los
trayectos de pérdidas potenciales hacia el espa-
Flujo de gas
El sistema de levantamiento artificial por gas
de alta presión XLift fue desarrollado recientemente como una solución para responder a las
condiciones exigentes de los ambientes submarinos y de aguas profundas (abajo). Este sistema de
levantamiento artificial por gas, de alta presión,
extiende la capacidad de los sistemas existentes
mediante la ampliación del rango de presión de
operación de 2,000 lpc a 5,000 lpc [13.8 MPa a
34.5 MPa]. El límite más alto de presión de inyección máxima del sistema XLift permite que los
Tubería de
producción
Tubería de
revestimiento
Cámara de nitrógeno a
presión (domo)
Ensamblaje patentado de fuelles con
soldadura en el borde con
intensificador de presión
Sello de empaque
Vástago esférico para ecualización
de presión
Orificio de entrada de gas de
flujo optimizado
Boquilla tipo venturi
Sello de empaque
Válvula de retención de sello positivo
> Sistema XLift para aplicaciones submarinas y de aguas profundas. La válvula de gas XLift amplía la capacidad de los sistemas de levantamiento artificial
por gas convencionales mediante el incremento del límite máximo de presión
de operación hasta 5,000 lpc. Las válvulas XLift poseen un sistema de válvula
de retención de sello positivo que impide el desarrollo de trayectos de pérdidas potenciales hacia el espacio anular existente entre la tubería de producción y la tubería de revestimiento. Estos trayectos de pérdidas potenciales
están presentes en las válvulas de levantamiento artificial por gas con los
sistemas de válvulas de retención convencionales.
56
cio anular durante los períodos no productivos.
La válvula XLift posee un montaje patentado de
fuelles con soldadura en el borde, que reduce la
carga interna de gas a la vez que incrementa la
presión de operación. Se diseñó una válvula más
grande, de 4.4 cm [13⁄4 pulgadas] de diámetro
exterior, para mejorar la geometría de trabajo.
La válvula ha demostrado un nivel mejorado de
desempeño y confiabilidad, en comparación
con las válvulas estándar. Los sistemas de alta
presión XLift proveen rangos de operación flexibles para escenarios de pozos múltiples que
requieren inyección de gas de alta presión. El
desarrollo de los componentes del sistema
incluyó una serie de pruebas de flujo a fin de
medir el efecto de la erosión producida por el
flujo de líquido, además de pruebas de flujo de
gas e integridad hidráulica de alto volumen para
validar la confiabilidad del sistema.
Operaciones XLift en el Mar de Noruega
Statoil está utilizando los sistemas XLift en pozos
submarinos críticos del Mar de Noruega. Por
ejemplo, los campos satélites del Campo Norne,
Svale y Stær, situados en el noroeste de Noruega,
poseen tres instalaciones submarinas que se
conectan a la unidad flotante de producción,
almacenamiento y descarga (FPSO) del Campo
Norne (próxima página, abajo). Dentro de estas
instalaciones, existen cinco pozos productores de
petróleo y tres pozos de inyección de agua. La
mayor profundidad del yacimiento es una profundidad vertical verdadera de 2,484 m [8,150 pies]
con respecto al nivel medio del mar (MSL). En
esta localización, el lecho marino se encuentra a
aproximadamente 379.5 m [1,245 pies]. Se necesitan sistemas de levantamiento artificial por gas
de alto rendimiento en los pozos, para extraer un
gran volumen de petróleo producido y satisfacer
los requisitos de integridad hidráulica. Estos sistemas de levantamiento artificial por gas
requieren presiones de inyección de gas de superficie de aproximadamente 3,335 lpc [23 MPa] y
tasas de flujo de inyección de gas de 226,500 m3/d
[8 MMpc/d] para facilitar la producción de más
de 3,180 m3/d [20,000 b/d] de petróleo por pozo.
Statoil optó por el sistema XLift para satisfacer los requisitos ambientales, de confiabilidad
y de alto desempeño para estas instalaciones
submarinas de levantamiento artificial por gas.
Trabajando con Statoil para satisfacer las rígidas
regulaciones vigentes en materia de pruebas, los
ingenieros de Schlumberger sometieron las válvulas de levantamiento artificial por gas a una
serie de pruebas dinámicas y de alto volumen de
flujo de líquido, flujo de gas e integridad hidráulica. Bajo las instrucciones de Statoil, las
pruebas de flujo de gas se realizaron en el Labo-
Oilfield Review
Campo
Norne
Svale
Campo
Norne
A
Stær
U
E
Sistema natural de levantamiento artificial
por gas o auto levantamiento artificial por gas
La introducción de las válvulas de control de flujo
de fondo de pozo, controladas desde la superficie,
en el año 1997, condujo a una nueva técnica de
producción de pozos conocida como sistema
natural de levantamiento artificial por gas o auto
levantamiento artificial por gas.12 El sistema
natural de levantamiento artificial por gas utiliza
gas de un yacimiento de gas o de un casquete de
gas penetrado por el mismo pozo, para incrementar la producción de petróleo a través de una válvula de control de flujo especialmente diseñada,
controlada hidráulica o eléctricamente con orificios ajustables (arriba, a la derecha). El empleo
de gas directamente desde una fuente subterránea—en vez de inyectarlo desde la superficie por
el espacio anular existente entre la tubería de
producción y la tubería de revestimiento—significa que no se requieren compresores de gas, líneas de conducción u otros equipos relacionados
con las operaciones de inyección. Esto reduce los
requerimientos de carga de la plataforma y las
erogaciones de capital para las instalaciones
marinas o submarinas. Además, posee el beneficio de producir gas sin reterminar el pozo y elimina la necesidad de efectuar intervenciones
futuras para redimensionar o reemplazar el equipo de levantamiento artificial por gas convencional.13
El sistema natural de levantamiento artificial
por gas requiere un casquete de gas o un yacimiento de gas independiente, que pueda ser
terminado para producir gas a tasas de flujo suficientes para su inyección. El yacimiento de gas
debe ser suficientemente grande para que la
presión se mantenga suficientemente alta para
permitir que el gas sea inyectado en la tubería de
producción, durante toda la vida productiva del
pozo. Las válvulas de control de flujo provistas
por Schlumberger para las aplicaciones del sistema natural de levantamiento artificial por gas,
poseen diversas características especiales. Estas
válvulas exhiben un rango de posiciones que pueden controlar la tasa de flujo de gas necesaria
para optimizar la producción para un rango anticipado de condiciones de pozo. La tasa de flujo de
gas puede ajustarse desde la superficie—ya sea
en forma discreta o continua—a través del
control hidráulico o eléctrico de la posición de
G
ratorio Karsto de Medición y Tecnología (K-Lab)
de Statoil y las pruebas de flujo de líquido fueron
efectuadas por el Instituto Internacional de
Investigación de Stavanger (IRIS). Los objetivos
específicos de las pruebas fueron la evaluación
del desempeño dinámico del sistema de válvulas
XLift y la verificación de su empleo como barrera
de presión. El resultado de las pruebas y la colaboración con Statoil fue un diseño de válvula
capaz de satisfacer criterios de operación altamente exigentes. Los sistemas XLift se instalaron
en el Campo Norne y están ayudando a producir
petróleo exitosamente en cinco de sus pozos.
N
O
R
Bergen
FPSO
Stavanger
0
0
km
200
millas
200
Svale
Stær
Norne
Empacador
con orificios
múltiples
Válvula del
sistema natural
de levantamiento
artificial por gas
Gas
Gas
Empacador
Petróleo
> Sistema natural de levantamiento artificial por
gas. Esta técnica utiliza gas de una formación
subterránea para extraer los fluidos producidos
en el pozo. Se emplea una válvula especial de
control de flujo, ajustable en la superficie, para
controlar el flujo del gas inyectado. Habitualmente, la producción del pozo se optimiza mediante
el ajuste de la posición de la bomba desde la
superficie, a través de una pequeña línea de
control hidráulico.
apertura de la válvula, lo que a su vez posibilita la
producción optimizada de petróleo. Las tasas del
gas que fluye a través de las válvulas pueden predecirse con el modelado numérico, lo que asegura
que la válvula sea dimensionada correctamente
para las condiciones del pozo en cuestión.
Las válvulas pueden abrirse o cerrarse y la
tasa de flujo modificarse, aunque sean sometidas
a diferenciales de presión significativos y pueden tolerar los efectos erosivos de los fluidos
abrasivos. Además contienen válvulas de retención para prevenir el flujo de fluido desde la
tubería de producción hacia el espacio anular.
Esto permite que la tubería de producción sea
probada a presión y evita el daño de la zona de
producción de gas.
El empleo de válvulas de control de flujo de
fondo de pozo, juntamente con el equipo de monitoreo permanente, implica además que los pozos
12. Betancourt S, Dahlberg K, Hovde Ø y Jalali Y: “Natural
Gas-Lift: Theory and Practice,” artículo SPE 74391,
presentado en la Conferencia y Exhibición Internacional
del Petróleo de la SPE, Villahermosa, México, 10 al 12 de
febrero de 2002.
13. Vasper A: “Auto, Natural or In-Situ Gas-Lift Systems
Explained,” artículo SPE 104202, presentado en la
Conferencia y Exhibición Internacional del Petróleo y
del Gas de la SPE, Pekín, 5 al 7 de diciembre de 2006.
> Unidad flotante de producción, almacenamiento y descarga (FPSO) del Campo Norne de Statoil. Se
muestran los campos satélites del Campo Norne, Svale y Stær, y sus tres instalaciones submarinas.
Primavera de 2007
57
M
Empacador
ar
or
del N te
Florø
Válvula de control
del flujo
Fram Vest
Tubo de flujo que
conecta los filtros
de arena a la válvula
de control del flujo
Campo Fram
Troll West
Mongstad
Sture
Filtros de arena
Campo Troll
Bergen
Disparos
Casquete
de gas
Pistolas de disparo
Disparos en el
casquete de gas
Empacador
Zona de
petróleo
Terminación en agujero
descubierto con filtros de arena
> Instalación de un sistema natural de levantamiento artificial por gas con un solo viaje, en el Campo
Fram Vest. El empleo de este sistema natural de levantamiento artificial por gas (izquierda) permite bajar
los dispositivos de levantamiento artificial por gas, disparar el pozo y asentar los empacadores, todo en un
solo viaje. El mapa (derecha) muestra los campos submarinos Troll y Fram Vest de Norsk Hydro.
que producen a través de un sistema natural de
levantamiento artificial por gas se consideren
pozos inteligentes. El valor adicional de un pozo
terminado en forma inteligente, que produce
mediante un sistema natural de levantamiento
artificial por gas, es relativamente fácil de calcular ya que los costos pueden compararse con los
de un sistema de levantamiento artificial por gas
convencional.
Desde 1998, Norsk Hydro ha instalado 35 terminaciones submarinas con sistemas naturales
de levantamiento artificial por gas en 16 pozos
del Mar del Norte, utilizando las válvulas de control de flujo de Schlumberger. Las primeras 31
instalaciones tuvieron lugar en los campos Troll
y Troll West. En las primeras etapas del desarrollo, Norsk Hydro decidió utilizar el gran casquete
de gas que sobreyace la aureola de petróleo del
Campo Troll, para optimizar la recuperación de
petróleo utilizando sistemas naturales de levantamiento artificial por gas. El empleo de estas
válvulas para operaciones con sistemas naturales
de levantamiento artificial por gas ha ayudado a
14. Como medida de seguridad, los filtros (cedazos) de
arena se corren habitualmente en cada zona de petróleo
y son requeridas en todas las operaciones de
terminación de pozos de gas.
15. Raw I: “One Trip Natural Gas Lift Solution Brightens
Picture for Marginal Oil Reserves,” Scandinavian
Oil-Gas Magazine, no. 7/8 (2004): 99–101.
16. Scott S: “Artificial Lift—Overview,” Journal of
Petroleum Technology 58, no. 5 (Mayo de 2006): 58.
58
Norsk Hydro a reducir los costos de desarrollo,
gracias a la eliminación de los costosos compresores de superficie y la infraestructura de
soporte para la inyección de gas.
Sistema natural de levantamiento
artificial por gas en un solo viaje
Luego de la instalación exitosa de las primeras
31 terminaciones con sistemas naturales de
levantamiento artificial por gas en el Campo
Troll, Norsk Hydro planteó a Schlumberger un
nuevo desafío: optimizar la producción de petróleo en el campo marginal Fram Vest de Norsk
Hydro, mediante la instalación de sistemas naturales de levantamiento artificial por gas, al costo
más bajo posible. El método de levantamiento
artificial por gas no era necesario en el Campo
Fram Vest por las razones tradicionales de corte
de agua y baja presión de yacimiento, porque los
pozos de producción de este campo producían
por flujo natural sin necesidad de contar con
ningún sistema de levantamiento artificial. En
cambio, el requerimiento que se planteaba en
este campo era la maximización de las presiones
de boca de pozo y la producción en cuatro pozos
submarinos, para que produjeran a través de una
línea de conducción de 20 km [12 millas], de
regreso a la plataforma de producción.
La solución sería la optimización de las
operaciones de desarrollo en todo el campo. El
objetivo era maximizar la producción de petróleo proveniente de cada pozo, conservando al
mismo tiempo presiones de boca de pozo similares para mantener balanceadas las tasas de
producción de los cuatro pozos. La solución para
el sistema de producción también debía dar
cuenta del flujo en las líneas de flujo submarinas
largas. Hydro tenía un cronograma restringido
de cuatro meses para terminar las instalaciones.
La instalación habitual de los sistemas naturales de levantamiento artificial por gas del
Campo Troll requería tres viajes en el pozo. El primero se realizaba para disparar el pozo en el
casquete de gas, el segundo se efectuaba para
correr los filtros de arena en una sarta de producción intermedia y el tercero tenía como objetivo
correr la válvula de control de flujo, con el empacador de producción y la tubería de producción
hasta la superficie.14 Este proceso de instalación
secuencial largo deja expuestos los disparos del
casquete de gas por un tiempo prolongado, exponiendo el casquete de gas a daño de formación y
generando inquietudes relativas a la seguridad
del control de pozo. Además, para minimizar los
problemas de control de pozo, debió colocarse
una píldora de lodo pesado para matar el pozo
donde se dispararía el casquete de gas, lo que
generaba daños potenciales al yacimiento, problemas de limpieza y la necesidad de eliminar la
píldora de lodo de alta densidad.
Para encarar los objetivos de reducción de los
costos de terminación de pozos en el Campo Fram
Vest, protección del medio ambiente y maximización de la seguridad y la productividad de los
pozos planteados por Norsk Hydro, Schlumberger
desarrolló un sistema natural de levantamiento
artificial por gas que implica un solo viaje (arriba,
a la izquierda). Este sistema se logró a través de
la integración de la válvula de levantamiento artificial por gas controlada hidráulicamente y los
filtros de arena de primera calidad en un solo
ensamblaje operado con la tubería de producción.
Además se instalaron pistolas de disparo en el
exterior de la tubería de terminación, de manera
que todos los dispositivos de terminación pudieran bajarse en un solo viaje.
Para el control de flujo, una válvula modificada de control de flujo hidráulico, recuperable
con cable, permitió el acoplamiento de la entrada
de gas a los filtros de arena. Una vez finalizada la
maniobra de instalación y asegurado el colgador
para la tubería de producción en el cabezal del
pozo, se aplicó presión al espacio anular y luego
se liberó esa presión para disparar las pistolas
(cañones) instaladas en la tubería de producción.
Una vez disparadas las pistolas, se aplicó presión
a la tubería de producción para asentar el empacador de producción.
Oilfield Review
Se instalaron cuatro sistemas y los cuatro
pozos de producción del Campo Fram Vest fueron
puestos en producción con éxito. Las instalaciones de los sistemas naturales de levantamiento
artificial por gas en un solo viaje, minimizaron los
riesgos de daño de formación y control de pozos
relacionados con la exposición a la apertura del
casquete de gas. En comparación con las operaciones de terminación convencionales de este
campo, las terminaciones con un solo viaje implicaron para Norsk Hydro un ahorro de US$ 2.8
millones, representando dos días de reducción del
tiempo de equipo de perforación por pozo. Los
ahorros fueron generados además por la reduc-
ción de los costos de los equipos de terminación
de pozos, y la eliminación de la necesidad de contar con una pastilla de ahogo y de la problemática
ambiental relacionada con su remoción.15
El éxito del sistema natural de levantamiento
artificial por gas, instalado en el Campo Fram
Vest con un solo viaje, convenció a Norsk Hydro
que podría aplicarse una tecnología similar de
levantamiento artificial por gas con un solo viaje,
en muchos otros escenarios de producción. Por
ejemplo, en tres pozos de su Campo Vestflanken,
Norsk Hydro utilizó una válvula de control de
flujo de 11 posiciones, recuperable con la tubería
de producción, con filtros de arena en pozos
Tubería de
producción
Tubería de
revestimiento
Válvula de
control de
flujo
Zona
de gas
Filtros de
arena
Flujo de gas
Disparos
Petróleo
Zona A de petróleo
Zona B de petróleo
> Instalación de un sistema de levantamiento artificial por gas doble propósito
en el Campo Vestflanken. Las válvulas de control de flujo controlan el flujo de
líquido desde cada uno de los tramos productores de petróleo. Una tercera válvula de control de flujo controla el gas utilizado para el levantamiento natural.
Una vez agotadas las zonas de petróleo, la válvula de control de flujo superior
se abrirá totalmente para permitir la producción de gas en gran volumen desde
el pozo.
Primavera de 2007
multilaterales para permitir la futura producción
de gas, a altas tasas de flujo, después de agotado
el petróleo en estos pozos de producción operados por levantamiento artificial por gas (abajo, a
la izquierda). Schlumberger diseñó una válvula
de control de flujo de alto rendimiento, controlada desde la superficie, con cinco posiciones del
tamaño del estrangulador para permitir el control
durante la fase de producción de petróleo del
pozo. Cuando se tome la decisión de pasar a la
producción de gas, se abrirá totalmente la válvula
para proveer el área de flujo máxima requerida
para la producción de gas.
El horizonte para los sistemas de
levantamiento artificial por gas
Tarde o temprano, todos los pozos de petróleo
necesitarán alguna forma de levantamiento artificial para ayudar a los operadores a optimizar la
recuperación. Y el levantamiento artificial por
gas sigue siendo el método de levantamiento
artificial predominante en el ambiente marino.
En aguas profundas, aguas ultra profundas y
otras áreas remotas, los operadores se encuentran con una definición más amplia del concepto
de levantamiento artificial por gas. En algunos
de estos ambientes, el flujo en las conexiones
submarinas largas representa un componente
importante del sistema de producción.16 La aplicación del método de levantamiento artificial en
estas situaciones requiere avances tecnológicos
para asegurar el flujo a través de estas extensas
líneas de flujo.
Además, la disponibilidad de equipos de
levantamiento artificial por gas altamente confiables, con rangos de presión de operación más
altos y capacidades para la colocación de puntos
de inyección más profundos, será un com ponente crítico para la optimización de la
producción en estos ambientes exigentes. La
nueva tecnología de levantamiento artificial por
gas de alta presión y flujo optimizado, junto con
las innovaciones introducidas en las válvulas de
control de flujo controladas desde la superficie,
han allanado el camino para la recuperación
exitosa de petróleo de los campos petroleros
submarinos y de aguas profundas más desafiantes y complejos del mundo.
A medida que los operadores continúen
explorando formas de postergar la declinación
natural de sus activos, los programas de perforación continuarán incluyendo profundidades cada
vez mayores. El levantamiento artificial por gas
sigue siendo una de las aplicaciones clave para
la recuperación de los vastos volúmenes de
reservas de petróleo del mundo.
—RH
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