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diseño gas lift api

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MÉTODO DE DISEÑO DE LAGC ACORDE ……….. LA NORMA
API 11V6.
Las variables más importantes a la hora del diseño de Gas Lift son el espaciamiento y
calibración de la válvulas, pero hay otros factores a tomaren cuenta como el punto de
inyección del gas, la relación gas-liquido (RGL) optima y la temperatura de cabezal y
de formación. Cabe destacar que existen dos formas de hallar o ubicar el espaciamiento
entre válvulas, la forma numérica y la forma gráfica.
Espaciamiento de válvulas.
Espaciamiento de la primera válvula.
,
Ec.4.1
Espaciamiento de las válvulas subsecuentes.
+
,
Ec.4.2
Pozo 1: Norma API caso 1.
Este pozo estaba produciendo por empuje hidráulico, su profundidad máxima es de
8100 pies, con tope de la arena a 8000 Pies y un intervalo productor de 25 Pies. Una
prueba de restauración arrojo que la presión estática del yacimiento era de 2125 Lpc. El
pozo no posee daño y fue perforado con un ángulo relativo de 90°. Este pozo es un gran
candidato para la aplicación del Levantamiento por Gas Lift. Se tiene como máxima
tasa de inyección de gas en superficie 750 MPCND, sin embargo se desea bajar la tasa
de inyección a menos de 700 MPCND. Según la correlación de Vogel, se arrojaron los
siguientes datos de IPR, con una relación gas-liquido de 350 PCN/BN.
IPR (curva de oferta).
Tasa (BPD)
200
400
600
800
900
1000
1200
Pwf (Lpc)
1941
1742
1517
1260
1115
952
531
.
IPR (curva de demanda a diferentes RGL).
Tasas (BPD)
200
400
600
800
Para
900
1000
1200
RGL
Pwf (Lpc)
980
1060
1160
1285
1350
1400
1515
(800)
900
1000
1105
1230
1290
1340
1460
(1000)
860
960
1070
1200
1250
1300
1425
(1200)
820
925
1040
1170
1220
1280
1400
(1500)
Datos.
API= 35°
Revestidor de producción= 7 Pulg
Tubería de producción= 2,5 Pulg Nominal
Corte de agua= 50%= 0,5
Gradiente de gas= 30 Lpc/1000 Pies
Gradiente del fluido muerto= 0,465 Lpc/Pie
Gradiente geotérmico= 1,25 °F cada 100 Pies
Gradiente Promedio del Fluido dentro de la tubería de producción=0,137
Gravedad especifica del agua= 1,07
Intervalo Productor= (8025-8000) Pies
Pb= Presión de Burbuja 2445 Lpc
Presión de inyección máxima= 1200 Lpc
Presión de operación= 1100 Lpc
Profundidad de referencia= 8000 Pies
Profundidad total=8100 Pies (TVD)
Presión de separador75 Lpc
Continuación….
Presión estatica2125 Lpc
Presión de fondo fluyente= 1941 Lpc a 200 BNPD
Presión de separador=100 Lpc
Caudal de gas=35 MPCND
Caudal de petróleo=100 BPD
Caudal de agua= 100 BPD
Caudal total=200 BPD
Temperatura de formación=178°F
Temperatura de superficie=78°F
inyección de gas.
Hay que tomar en cuenta en este punto que mientras mayor la RGL mayor será la
producción, hasta alcanzar la RGL optima, a partir de allí la producción ira en declive,
pero mientras mayor RGL mayor será la tasa de inyección de gas, aumentando costos.
En este pozo en es específico el análisis nodal arrojo que la tasa de producción optima
es de 800 BNPD, así que para hallar la relación gas líquido la cual se utilizara como
diseño se emplea la siguiente ecuación:
Ec.4.13
Tomando en cuenta las RGL asumidas para la generación de las curvas de demanda
de la IPR se obtendrían las siguientes RGL.
Ahora bien según estos resultados la RGL que mejor se ajusta al diseño sería la de
1200 PCN/BN ya que se ajusta a la tasa máxima de inyección con la que se cuenta en
superficie (750 MPCNPD).
Temperatura.
La temperatura tiene un efecto significante en el diseño de Levantamiento de Gas Lift,
sobre todo cuando se utiliza válvulas cargadas con nitrógeno. La temperatura de flujo se
puede hallar mediante la siguiente ecuación:
,
Ec.4.14
Entonces para una tasa de 800 BNPD, tenemos:
La temperatura promedio de inyección se calcula siguiendo la siguiente formula:
Ec.4.15
Entonces:
Espaciamiento de válvulas.
Lo primero que se debe hacer es identificar el gradiente de presión de los fluidos
dentro de la tubería de producción, mediante la gráfica N.14 se pudo determinar una
gradiente promedio, que aunque dista mucho de la realidad, este es un proceso de ploteo
que de igual manera quedaría a criterio del ingeniero o encargado del diseño del sistema
de Gas Lift, cabe destacar que este gradiente es muy complicado de determinar por lo
que se requiere de un software de simulación.
Gradiente de presión.
Gradiente de Presión.
Profundidad (Pies)
Ppd (Lpc)
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
100
237
375
512
650
787
925
1062
1200
Ahora, es necesario implementar una caída de presión que este en un rango entre 40 y
10 Lpc, para este pozo se tomara una caída de presión de 25 Lpc. También es necesario
un diferencial de presión lo cual nos servirá como factor de seguridad, el factor de
seguridad será de 20 Lpc.
Para hallar la profundidad de la primera válvula se utiliza la ecuación 4.1.
Para las válvulas subsecuentes se usara la ecuación 4.2.
+2483 Pies= 4389 Pies.
+4389 Pies= 5841 Pies.
+5841 Pies= 6830 Pies.
+6830 Pies= 7370 Pies.
+7370 Pies=7843 Pies.
Ajuste de espaciamiento de las válvulas.
En la mayoría de las veces se necesita un ajuste en el espaciamiento de las válvulas,
debido a que la profundidad de las últimas válvulas sobrepasan la de la empacadura
superior y, en consecuencia conllevando a un mal diseño. Generalmente el
espaciamiento mínimo entre válvulas es de 250 Pies, ubicando la última válvula por
encima de 60 Pies de la empacadura superior.
Espaciamiento de válvulas.
Profundidad de las valvulas.
Presión (Lpc)
0
0
250
500
750
1000
1250
1500
1750
Pwh
500
1000
1500
2000
2500
Profundidad 1
Profundidad (Pies)
3000
3500
4000
4500
Profundidad 2
5000
5500
Profundidad 3
6000
6500
Profundidad 4
7000
7500
Profundidad 5
8000
8500
Espaciamiento de Válvulas.
Espaciamiento de
Válvulas
Profundidad
Grafica (Pies)
Calculada (Pies)
D1
2500
2483
D2
4385
4389
D3
5800
5841
D4
6850
6830
2000
D5
7640 (Ajustada a 7440)
7370
D6
7690
7843
D7
7940
8000
Calibración de las Válvulas.
Lo primero que se determina es el tipo de válvula que se utilizara en el diseño, está
variable muchas veces queda sujeta a la experiencia que resulta del rendimiento de cada
válvula a diferentes caudales de gas, por ejemplo la válvula con mejor rendimiento en el
diseño de Gas Lift para caudales de inyección menores a 1000 MPCND es la válvula de
1 pulgada, entonces este tipo de válvula se ajusta a la tasa de inyección de gas de 750
MPCNPD y, mejor aún son menos costosas que otras válvulas de mayores dimensiones.
Por esto para este caso se utilizara el tipo de válvula desbalanceadas cargadas con
nitrógeno de 1 Pulg, con un radio de asiento de 3/16 Pulg. Para este tipo de válvula la
constante Ppef será igual a 0,104, también esta variable se puede hallar mediante la
ecuación 4.7 sabiendo que el área del fuelle es de 1,99 Pulg.
La presión de apertura de la primera válvula se puede hallar mediante la ecuación 4.9:
*
=
Donde Ct se puede hallar utilizando la ecuación 4.10:
=
Y Tv, con
, se calcula por la ecuación 4.11:
= 130°F
Entonces Ct:
= 0,869
Ahora, Piod se halla por la ecuación 4.12:
Por último se sustituye Ct y Piod en la ecuación 4.9:
*0,869= 1143 Lpc
Piod a medida que se aumenta la profundidad de las válvulas tendrá una disminución
mínima de 25 Lpc, esto sirve como factor de seguridad para no sobrepasar el límite de
presión de inyección en la superficie. También los valores de Ct pueden ser calculados
como se vio anteriormente o pueden ser hallados sabiendo la temperatura de la válvula a
la profundidad, mediante las tablas N.9 y 10.
Para la siguiente válvula:
= 146°F
Ct= 0,844 (Tabla)
*0,844= 1158 Lpc
Sera el mismo procedimiento para hallar la presión de calibración para las demás
válvulas.
Calibración de Válvulas.
Calibración de presión de las válvulas a profundidad.
N. de
Profundida
Válvula
d (Pies)
1
2500
0,104 x 400
2
4385
0,104
x
3
5800
0,104
x
Ppef
Ppd
Piod
(Lpc)
(Lpc)
Lpc
Ct
Pvo
(Lpc)
=42
+1275
1317
x 0,869
1143
630
=66
+1307
1373
x 0,844
1153
820
=85
+1324
1409
x 0,826
1164
4
6850
0,104
x
960
=100
+1331
1431
x 0,812
1162
5
7440
0,104
x 1040
=108
+1323
1431
x 0,805
1152
6
7690
0,104
x 1070
=111
+1306
1417
x 0,802
1136
7
7940
0,104
x 1200
=125
+1289
1414
x 0,779
1102
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