09 análisis nodal-erik.pdf

7/23/2019 09 Anlisis Nodal-erik.pdf

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UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDERESCUELA DE INGENIERA DE PETRLEOS

BUCARAMANGA, ENERO DE 2015

MTODOS DE PRODUCCIN:ANLISIS NODAL

Erik Giovany Montes Pez

Ingeniero de Petrleos UISEspecialista en Produccin de Hidrocarburos UIS

Candidato a Magster en Ingeniera de [email protected]


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FLUJO DESDE EL YACIMIENTO AL SEPARADOR

MTODOS DE PRODUCCIN: ANLISIS NODAL

Fuente: Production Technology II. Institute of Petroleum Engineering, - Heriot-Watt University. Edimburgo.2007. Cap.1.

Las prdidas de presin

pueden ser agrupadas en

tres componentes

principales:

Prdidas de presin en el

yacimiento y

completamiento.

Prdidas de presin en el

tubing.

Prdidas de presin en

superficie.


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Fuente: Production Technology II. Institute of Petroleum Engineering, - Heriot-Watt University. Edimburgo.2007. Cap.1. Modificada

Presin

Distancia

Prdidas en superficieYacimiento +Completamiento

Completamiento

Prdidas en tubing

Yacimiento

Borde del rea

de drenaje

Cara del pozo

Pozo

Restriccin

del pozo Vlvula de

seguridad

Cabezal del pozo

Separador

Choke


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Para analizar el flujo de los fluidos se debe realizar un anlisis de las prdidas

de presin generadas en las tuberas vertical (tubing) y horizontal (lnea deflujo).

ECUACIN DE BERNOULLI:

Donde:

1, 2 : Puntos inicial y final de la seccin de tubera

z : Altura del punto

P : Presin en la lnea en el punto estudiador : Densidad del fluido

v : Velocidad del fluido (v=Q/A)

DP : Prdidas por friccin

+

+

= +

+

+

Daniel Bernoulli

(1700-1782)


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PRDIDAS DE PRESIN EN LA LNEA DE FLUJO


Una opcin que presenta buenaaproximacin es el uso de las

curvas de gradiente horizontal.

Estas son construidas a partir de

la ecuacin de Beggs & Brill paradiferentes condiciones:

Dimetro de tubera

Caudal

Gravedad API del crudo

Corte de agua

Relacin gas-lquido

Presin (P)

Longitud

(h)

Dimetro (pulgadas)

Caudal (Bls/da)

Gravedad API


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ANLISIS NODAL


El Anlisis Nodal es una tcnica que permite

analizar la cada de presin y el estado deproduccin de un pozo mediante el anlisis

de dos subsistemas: Aguas arribay Aguas

abajo, definidos por un Nodo (Punto de

referencia) que se ubica de acuerdo con la

naturaleza del estudio deseado.


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ANLISIS NODAL


1

2

3

4

5

6 7

NODOS:

1. Separador

2. Choque en cabeza de pozo

3. Cabeza de pozo

4. Vlvula de seguridad

5. Choque de fondo de pozo

6. Fondo de pozo

7. Completamiento

8. Yacimiento

8


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ANLISIS NODAL


PARA QU?

El anlisis nodal se realiza con el fin deconocer la respuesta que tiene el sistema de

produccin cuando se realiza una variacin o

combinacin de los componentes, lo cual

ayuda a determinar las caractersticas

adecuadas del esquema de produccin.


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ANLISIS NODAL


Uno de los grandes beneficios del Anlisis Nodal es que permite realizar

anlisis de sensibilidad, es decir, evaluar la respuesta del sistema a la

variacin de los parmetros de diseo y de operacin.


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Presin

Produccin de lquido del pozo

ANLISIS NODAL


El Anlisis Nodal se basa en la construccin de dos curvas para un nodo.

1. La curva de aporte (inflow) es la descripcin de la relacin entre el caudal y lacada de presin a travs de la formacin y otros componentes hasta el nodo.

2. La curva de demanda (outflow) describe la relacin entre el caudal la cada de

presin desde el nodo hasta el separador.


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ANLISIS NODAL


RESUMEN DE LA METODOLOGA:

1. Determine cules son los componentes del sistema sobre los cualesdesea hacer una sensibilidad.

2. Seleccione el componente que va a ser optimizado.

3. Seleccione el nodo que mejor representa el efecto de los cambios en los

componentes seleccionados.

4. Desarrolle las ecuaciones representativas de la oferta y la demanda.

5. Seleccione los datos necesarios para calcular las prdidas de presin en

funcin de las tasas de flujo.

6. Determine el efecto del cambio de las caractersticas del componente

seleccionado.

7. Determine la tasa de flujo que circula por el sistema, mediante la

interseccin de las curvas de oferta y demanda.

8. Repita el procedimiento para cada uno de los componentes a optimizar.


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ANLISIS NODAL


AnlisisNodal

Nodos Principales

Yacimiento

Fondo de pozo

Cabeza de pozo

Separador

NodosFuncionales

Tuberas ahusadas

Choque desuperficie


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ANLISIS NODAL: NODO EN EL FONDO DE POZO


Presind

ef

ond

od

ep

ozo


tbg1

tbg2

tbg3

Q1 Q2 Q3Qptimo


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Presind

ef

ond

od

ep

ozo


tbg1

tbg2

tbg3

Qptimo

IPR1

IPR2

Qptimofuturo


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1. Se asumen valores de Pwf y se calculan los correspondientes flujos, para construir

la curva IPR (Curva de inflow).

2. Se asumen varias tasas de flujo y se obtienen las presiones de cabeza necesarias

para transportar los fluidos a travs de la lnea de flujo horizontal hasta el

separador utilizando la apropiada correlacin de flujo multifsico (curvas de

gradientes en flujo horizontal).

3. Utilizando las mismas tasas asumidas anteriormente y sus correspondientes

presiones de cabeza, se determinan las presiones a la entrada de la tubera (nodode salida de flujo) empleando las correlaciones apropiadas para flujo multifsico

(curva de gradientes en flujo vertical) (Curva de outflow)

4. La interseccin de estas dos curvas muestra la tasa de flujo posible para el

sistema.

5. Repetir cambiando algn aspecto del sistema (tamao de las tuberas, presin delseparador o la curva de IPR a travs de un tratamiento de estimulacin).


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ANLISIS NODAL


AnlisisNodal

Nodos Principales

Yacimiento

Fondo de pozo

Cabeza de pozo

Separador

NodosFuncionales

Tuberas ahusadas

Choque desuperficie


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ANLISIS NODAL: NODO EN CABEZA DE POZO


.

Presin


IPR

Inflow tbg1

Inflow tbg2

Inflow tbg3

Outflow LF1

Outflow LF2Outflow LF3


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ANLISIS NODAL: NODO EN CABEZA DE POZO


1. Asuma varias tasas de flujo.

2. Utilice la presin del separador y determine las presiones de cabeza necesariaspara mover los fluidos a travs de la lnea de flujo. Estos valores representan la

solucin para el componente lnea de flujo de problema (Curva deoutflow).

3. Asuma tasas de flujo y con las ecuaciones de productividad determine las

correspondientes presiones de fondo en el yacimiento necesarias para producir

dichas tasas.

4. Con cada una de esas presiones de fondo y utilizando las correlaciones (o

grficas) determine las presiones de cabeza necesarias para mover los fluidos a

travs de la tubera de produccin vertical (Curva deinflow).

5. Grafique las presiones de cabeza obtenidas en el paso 2 versus las presiones de

cabeza obtenidas en el paso 4 para obtener la tasa de flujo.

6. Repetir modificando componentes.

NOTA:Se usa como nodo solucin el tope del pozo porque considerando la solucinen este punto la lnea de flujo es aislada y por lo tanto es fcil mostrar el efecto de

cambiar el tamao de la lnea.


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ANLISIS NODAL: NODO EN EL SEPARADOR


Presi

n


Inflow tbg1,LF1

PSEP1

PSEP2

PSEP3


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ANLISIS NODAL: NODO EN EL SEPARADOR


1. Asumir varias tasas de flujo.

2. Comience en el fondo del pozo y determine la presin en el fondo fluyentenecesaria para producir las tasas de flujo asumidas.

3. Trabaje con los valores de Pwf obtenidos en el paso 2 como presiones de entrada

a la tubera y determine las correspondientes presiones de cabeza a partir de una

correlacin para flujo multifsico vertical.

4. Con las presiones de cabeza obtenidas en el paso 3, determine lascorrespondientes presiones de llegada al separador para cada tasa (Curva inflow).

5. Grafique la presin en el separador versus la tasa. Dibuje la lnea de valor de

presin constante en el separador (curva outflow). La interseccin de estas dos

lneas muestra la tasa de flujo posible.

6. Repita variando las dimensiones de los componentes del sistema.


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ANLISIS NODAL: NODO EN EL YACIMIENTO


Presin

Produccin de lquido del pozoQ1

PSEPARADOR

PSEPARADOR1

Pwh

PwF

PR

Q2 Q3 Q4


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Presin

Produccin de lquido del pozoQ1

PSEPARADOR

PSEPARADOR1

Q2 Q3 Q4

PWH

PWF


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Presin


PSEPARADOR

PYAC

PYAC2

QHOYQFUTURO

PYAC3


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1. Se asumen varias tasas de flujo.

2. Tomando un valor de presin de separador, se determinan las presiones en lacabeza requeridas para mover los fluidos hasta el separador utilizando las

apropiadas correlaciones para flujo multifsico horizontal.

3. Utilizando las presiones de cabezal obtenidas en el paso 2 determine los valores

de la presin de fondo fluyente para las tasas asumidas haciendo uso de las

correlaciones apropiadas para el flujo multifsico vertical.

4. Con las presiones de fondo fluyendo obtenidas en el paso 3, determine los

valores de Pr requeridos para cada tasa de flujo asumida a un valor de J cte.

(curva deoutflow).

La ecuacin para el caso de J constante es:

Pr = Pwf + (Q/J)

NOTA: Se utiliza Pr como posicin solucin porque inmediatamente se puededeterminar la tasa de flujo para otra presin promedio en el yacimiento. Sin embargo,

esta solucin asume que no existe cambio en la relacin gas - petrleo, o agua del

pozo.


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NODOS FUNCIONALES: TUBERAS AHUSADAS


Para resolver este tipo de problemas se toma el nodo

solucin en la posicin de ahusamiento de la tubera.

Para elinflow, se comienza con la Pr, se calcula Pwf a

partir de la ecuacin de flujo en el yacimiento (IPR),

y luego mediante los clculos de flujo vertical se

determina la presin existente por debajo de la

restriccin de la tubera.

Por otra parte, si se comienza con la Psep, se obtiene

Pwh (presin en la cabeza del pozo) a partir de las

correlaciones para flujo horizontal y se prosiguehasta el tope del ahusamiento utilizando la

correlacin para flujo vertical multifsico.

PSEPARADOR

PYACIMIENTO


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NODOS FUNCIONALES: TUBERAS AHUSADAS


1. Asuma varias tasas de flujo.

2. Comenzando con la componente por encima del ahusamiento, asuma una Psep yun caudal, y obtenga las presiones en el cabezal para cada tasa de flujo asumida.

3. Con las tasas asumidas y sus correspondientes Pwh, determine las presiones en el

tope del ahusamiento (curva de outflow).

4. Comience con la Pr para el componente ubicado por debajo del ahusamiento y

obtenga las Pwf en el fondo del pozo utilizando la apropiada curva de IPR.5. Con los valores de Pwf obtenidos en el paso 4 para las tasas asumidas, determine

las presiones por debajo del ahusamiento a partir de la apropiada correlacin de

flujo multifsico (curvainflow).

6. Grafique las presiones por encima del ahusamiento versus las presiones por

debajo del ahusamiento.

7. La interseccin de estas dos curvas de comportamiento en la conexin ahusada

predice la tasa de flujo.

8. Repita variando los componentes que desee analizar.


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NODOS FUNCIONALES: CHOQUE DE SUPERFICIE


Un choque es una restriccin instalada en la lnea de

produccin, la cual origina una contrapresin en el

pozo, impuesta mediante el equipo de superficie.

Usualmente se emplea la ecuacin de Gilbert:

Donde,

Pin: Presin antes del choque (psi)

R: Relacin gas-lquido (Mscf/STB)QL: Caudal de lquido (STB/da)

S : Dimetro del choque (in/64)

=435,6

1,89

Pin Pout


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Ntese que la ecuacin de Gilbert no incluye la presin

a la salida del choque.

Es decir, la ecuacin es independiente de la presin

aguas abajo.Gilbert desarroll su ecuacin a partir de informacin

de campo y determin que su ecuacin era vlida

siempre y cuando la presin aguas abajo sea menos del

70% de la presin aguas arriba, es decir:

< 0,7

Pin Pout


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1. Asumir varias tasas de flujo.

2. Partiendo de la presin del separador, determinar la presin a la salida delchoque (POUT) mediante el uso de las ecuaciones o grficas de flujo multifsico

horizontal (curvaoutflow).

3. Partiendo de la presin del yacimiento, calcular la Pwf correspondiente a cada

tasa de flujo mediante las ecuaciones de productividad.

4. Usando las correlaciones de flujo vertical, determinar la correspondiente presinen cabeza de pozo (PWH) para cada caudal (curvainflow).

5. Para cada valor de caudal, establecer el diferencial de presin que existe entre

estos dos valores (DPsist= PWH - POUT).

6. Graficar DPsistcontra el caudal (curva de desempeo del sistema).

7. Ahora, para cada caudal determinar la PIN, usando la ecuacin de Gilbert.8. Calcular el diferencial de presin que genera el choque (DPchoque= PIN - POUT).

9. Graficar DPchoquecontra el caudal (curva de desempeo del choque).

10. La interseccin de estas dos curvas presenta el punto de operacin.

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