LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL I

ESCUELA POLITCNICA NACIONALFACULTAD DE GEOLOGA Y PETRLEOSINGENIERA EN PETRLEOS

1. ABSTRACT

This research is an investigation about the methodology that exist to choose an artificial lift system, which is the most important part of a production well when this has no natural energy. In artificial lift design the engineer is faced with matching facility constraints, artificial lift capabilities and the well productivity so that an efficient lift installation results. Energy efficiency will partially determine the cost of operation, but this is only one of many factors to be considered. In the typical artificial lift problem, the type of lift has already been determined and the engineer has the problem of applying that system to the particular well. The more basic question, however, is how to determine what is the proper type of artificial lift to apply in a given field. Each of the four major types of artificial lift will be discussed before examining some of the selection techniques. Some additional methods of lift will also be discussed. Preliminary comments related to reservoir and well factors that should be taken into consideration are presented. There are certain environmental and geographical considerations that may be overriding issues. For example, sucker rod pumping is by far the most widely used artificial lift method in the United States. However, if we are in the middle of a densely populated city or on an offshore platform with forty wells contained in a very small deck area, sucker rod pumping may be eliminated. Deep wells producing several thousands of barrels per day cannot be lifted by beam lift and other methods must be considered. These geographic and environmental considerations may simply make our decision for us; however, there are many considerations that need to be taken into account when these conditions are not predetermining factors. In conclusion choosing the adequate artificial lift method will depend on several issues and these issues have to be analyzed by the engineer in charge.

2. RECURSOS

Maximizar la produccin de hidrocarburos de una manera tcnica y econmicamente eficiente es el rol de la Ingeniera de Produccin en la Industria Petrolera y, dada su importancia medular, es llamada el Ncleo del Negocio Petrolero (Core Business) o tambin el Corazn de la Industria Petrolera. Para desempear cabalmente este rol los ingenieros de produccin tienen como objetivos principales: Seleccionar, disear y operar el equipo de produccin de los pozos de una manera eficiente (ptima y segura) durante toda la vida productiva del yacimiento. Monitorear el comportamiento de produccin de los pozos para realizar los cambios necesarios que permita mantener la operacin eficiente del equipo de produccin seleccionado. El mejor mtodo de produccin es el flujo natural: menos intrusivo, seguro, confiable y de alta rentabilidad, pero es relativamente de corta duracin, de all que para extraer las reservas recuperables remanentes es necesario la utilizacin de los mtodos de levantamiento artificial (LA) llamados tambin sistemas artificiales de produccin (ALS). Dado el elevado porcentaje de pozos que producen mediante sistemas artificiales de produccin a nivel mundial (por lo general >90%) es importante disponer de herramientas que asistan al ingeniero en la seleccin ptima del mtodo de levantamiento artificial (L.A.). Una seleccin del mtodo ptimo de L.A. ayudara a: Reducir los costos de operacin y mantenimiento, ya que el levantamiento sera ms eficiente. Incrementar la produccin de crudos ya que se adapta a la capacidad de aporte de fluidos y de energa del yacimiento. La perforacin del pozo debera considerar el mtodo futuro de levantamiento artificial de all la necesidad de la seleccin temprana y oportuna del mtodo. Algunas veces la forma de completar el pozo para producir por flujo natural no considera la utilizacin posterior de un mtodo de L.A. imponiendo en el futuro severas restricciones o limitaciones a los mtodos de L.A.

DETERMINACIN DE LAS PREFERENCIAS DE UN SISTEMA DE LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL para determinar qu Sistema de Levantamiento Artificial es el ptimo de acuerdo a los criterios que se presentan en un pozo determinado, se debe construir una ecuacin en la cual se realiza la sumatoria del producto de los pesos de los criterios obtenido del Proceso Analtico Jerrquico y el valor de la funcin escaln obtenido del mtodo de Curvas de Valoracin para cada Mtodo de Levantamiento, y de esta forma obtener la preferencia del Sistema de Levantamiento Artificial que se recomendara aplicar a cada pozo. La ecuacin que permite calcular la preferencia del mtodo es como sigue:

Donde:i = Mtodo de Levantamiento en estudio j = Criterio a evaluar n = Ensimo criterio Pmi = Preferencia del Mtodo i wij = Peso del criterio j para el mtodo de levantamiento i fij(x) = Valor de la funcin escaln

SISTEMAS DE LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL Los estudios realizados en la ingeniera de produccin comprenden una serie de procesos que van desde el comportamiento de afluencia, el levantamiento de los fluidos del pozo, hasta los procesos en superficie como: recoleccin, separacin, tratamiento, almacenamiento y transporte del crudo. Al poner en produccin un pozo, se crea una diferencia entre la presin del yacimiento y la presin del fondo del pozo. Esta diferencia de presin (P), origina el desplazamiento de los fluidos desde la formacin hacia el pozo (cuando la presin es mayor en el yacimiento que en el pozo). A su vez, por la diferencia de presin entre del fondo del pozo y la de la superficie, los fluidos pueden ser extrados. El proceso de levantamiento de los fluidos del pozo hacia la superficie, puede llevarse a cabo mediante produccin del pozo por flujo natural o por mtodos de levantamiento artificial. Cuando la energa natural de un yacimiento es suficiente para impulsar los fluidos desde un punto del yacimiento hasta el fondo del pozo, y de all hasta la superficie, se dice que el pozo produce por flujo natural. A medida que la energa del yacimiento declina, la produccin del pozo disminuye hasta el punto en que no puede producir por s solo, debindose adoptar una manera de disminuir la presin del fondo del pozo y la vez de transportar los fluidos hasta la superficie, incrementando de esta forma el aporte de fluidos de la formacin al pozo. Esto implica, el uso de un sistema que permita proporcionar energa de manera artificial al pozo, a estos sistemas se les conoce como Sistemas de Levantamiento Artificial.

3. RESOLUCINCRITERIOS QUE AFECTAN LA SELECCIN DE LOS SISTEMAS DE LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL De la discusin general presentada se concluye que existen numerosos criterios que afectan la seleccin de los sistemas de levantamiento artificial. A continuacin se sealan cules son los criterios que tienen mayor peso y cmo influyen en dicha seleccinLos Criterios referentes a las caractersticas de produccin son:Comportamiento de Afluencia: Es la habilidad del yacimiento para producir fluidos. Tasa de Produccin de Liquido: La tasa de produccin requerida para un pozo en particular es el parmetro ms importante en la seleccin del mtodo de levantamiento y debe tomarse como uno de los principales criterios para los cuales se rige la produccin. Temperatura de Fondo: Las limitaciones por elevada temperatura de fondo se deben fundamentalmente a problemas por dao de los equipos de fondo que no estn fabricados con materiales resistentes a esas condiciones de temperatura. Relacin Gas / Liquido: La produccin de gas / petrleo y, por consiguiente de gas / liquido, influyen, en la seleccin de los equipos de levantamiento artificial y en particular en el diseo de los mecanismos de levantamiento. Como una regla general, todos los sistemas de levantamientos tienden a reducir la eficiencia con el incremento de la relacin gas / liquidoCorte de Agua: El corte de agua influye directamente en la tasa de produccin total, por ejemplo, muchos pozos pueden producir 2000 Bls o ms de agua en orden de obtener 100 Bls o menos de petrleo. Altos cortes de agua afectan el comportamiento de afluencia debido al efecto de permeabilidades relativas. Viscosidad y o API: Como una regla general, viscosidades menores de 10 cps. (Mayor de 30 o API) no son un factor determinante del sistema de levantamiento a utilizar. La gravedad o API aumenta a medida que el crudo es ms liviano y disminuye para los ms pesados y extrapesados. Profundidad: La profundidad del pozo es un criterio limitante en la aplicacin de los sistemas de levantamiento. El caudal de produccin deseado depende de la profundidad del pozo y en el caso de los mtodos de bombeo dependen de la profundidad de asentamiento de la bomba. Adems de la tasa de produccin existen criterios como la gravedad API y la Temperatura que tambin se ven influenciados por la profundidad. A mayores profundidades incrementan los problemas operacionales (requerimientos de potencias, rotura de cabillas, dao en cables, resbalamiento en lquido, etc.)

Dimetro del Revestidor: El dimetro del revestidor es determinado de acuerdo al tamao del hoyo en etapas preliminares de un programa de perforacin. Muchas variables determinan el dimetro del revestidor, para un pozo en particular en un rea particular, tales como los problemas de hoyo (zonas de presiones anormales, zonas cienagosas, prdida de circulacin, flujo salobre, etc.) y el precio de la tubera entre otrasDimetro del Eductor: Al igual que el dimetro del revestidor, el dimetro del eductor est relacionado con factores tales como el tamao de las bombas y los motores de fondo a instalar, la tasa de produccin deseada, el origen de prdidas por friccin, etc. La Produccin de Arenas: La produccin de arenas causa problemas de erosin en todos los tipos de sistemas de levantamiento, la abundancia de arena en el tope de las bombas se subsuelo puede causar problemas al tratar de recuperar estas. Parafina y Asfltenos: La mayora de los pozos con alta produccin de parafinas y asfltenos, tiene tendencia a la deposicin de estos slidos en el cabezal y en las partes superiores de la tubera de produccin donde la presin y la temperatura son menores, causando la contrapresin y llegando incluso a tapar por completo el pozo. Para evitar que esto suceda es necesario remover prevenir la formacin de parafinasEscamas: La acumulacin de escamas produce la reduccin del dimetro interior de las tuberas disminuyendo su capacidad. El levantamiento artificial por gas puede agravar la acumulacin de escamas por los cambios de temperatura que se producen a nivel de las vlvulas, originando la precipitacin de las mismas. Corrosin: La corrosin en el fondo del pozo puede ser causada por la electrlisis entre diferentes tipos de metales, la presencia de H2S de CO2 en el fluido producido, presencia de salmuera por la oxigenacin de metales. Las cabillas de bombeo presentan problemas de debilitamiento por presencia de H2S y cuando estn excesivamente cargadas se acelera el quiebre de las mismas. Si en el LAG el gas inyectado es corrosivo, debe ser deshidratado adecuadamente. Emulsiones: Resulta difcil anticipar los problemas de emulsiones cuando se va a seleccionar el sistema de levantamiento artificial para un pozo. Las emulsiones ocasionan altas perdidas de presin en la tubera, y en general, se requiere mayor potencia ya que se reduce la eficiencia de cualquiera de los sistemas de levantamientoGrado de Desviacin del Hoyo: Un alto grado de desviacin del hoyo afecta de gran manera la seleccin del tipo de sistema levantamiento a instalar. Pericia de Campo: La capacidad tcnica del personal de operaciones de campo puede influir en la seleccin del sistema de levantamiento.

Localizacin del Pozo: Factores como la ubicacin del pozo (zona urbana, no urbana costa afuera), la disponibilidad del volumen de gas de inyeccin y las fuentes de electricidad, son importantes para la seleccin del sistema de levantamiento artificial. Presiones en el Yacimiento: La diferencia entre la presin esttica promedio del yacimiento y la presin fluyente en el fondo del pozo proveen la energa necesaria para levantar los fluidos del fondo del pozo. ndice de Productividad: Es un parmetro exclusivamente del pozo. En muy pocos pozos el ndice de productividad (IP) pudiera permanecer constante por perodos considerables de tiempo, durante los cuales la tasa a fluctuado, este fenmeno obedece a que la tasa de produccin ha variado en forma casustica, proporcionalmente al diferencial de presin (Pe Pwf).

NOMENCLATURABls: BarrilesCps: centipoisesH2S: cido sulfhdricoCO2: dixido de carbono LAG: Levantamiento artificial por gasIP: ndice de productividadLA: Levantamiento Artificial.SLA: Sistema de Levantamiento ArtificialP: Diferencial de PresinPe: Presin inicial del reservorioPwf: Presion de fondo fluyente

4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La ubicacin y espaciado de pozos a menudo no se considera como criterio de seleccin, pero, por ejemplo, el bombeo mecnico no es apropiado para costa afuera y el gas lift no es apropiado para pozos muy alejados.

El o los mtodos seleccionados deben ser capaces de generar el diferencial de presin requerido en el rea de drenaje para mantener una tasa de produccin rentable durante el perodo de produccin de las reservas recuperables.

Existen programas especializados los cuales receptan los datos obtenidos acerca del pozo y los datos especficos deseados y bota como resultado el mtodo ms adecuado de levantamiento artificial

Algunas veces el mejor mtodo es descartado solo porque los operadores no estn familiarizados con el mtodo por lo cual es recomendable la capacitacin y entrenamiento adecuados por parte de empresas con personal de alto nivel de conocimiento y experticia.

5. BIBLIOGRAFA

ESCALONA, Vctor. Anlisis de los Modelos de Seleccin de Sistemas de Levantamiento Artificial Aplicados a Pozos y/o Yacimientos. U.C.V, Escuela de Petrleo, Caracas, 1999. (Material en Revisin)

GIUSTI, Gustavo. Anlisis Evaluacin y Seleccin de los Factores que afectan laEscogencia de un Sistema de Levantamiento Artificial en reas Tradicionales de CerroNegro Morichal. U.C.V, Escuela de Petrleo, Caracas, 1999.

REYES, Yamila. Optimizacin del Sistema Experto de Levantamiento Artificial. U.C.V,Escuela de Petrleo, Caracas, 1999.

CAMILO VIZCARRA ARIAS7