LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL POR GAS LIFT
En el diseño de un LAG se deben tomar en cuenta tres factores o la forma del diseño que
este va tener, en esos parámetros están el diseño de la completacion de gas lift, el diseño
del espaciado, diseño de operación y sobre todo el análisis del comportamiento de un pozo
LAG, el sistema de levantamiento por gas consiste en inyectar gas a la formación
productora para aumentar volumen al fluido para disminuir densidad y así reducir perdidas
de presión, si el pozo produce por el anular, el gas es inyectado por la sarta de producción
o viceversa. El gas es inyectado por una válvula de operación y esta se coloca a cierta
profundidad dependiendo de cual sea la presión en el sistema que suple al gas en
superficie y a la tasa requerida dada las condiciones de flujo.
Existen dos condiciones de flujo en el LAG Intermitente Y Continua.
En la condición de flujo continua, esta simula el estado de flujo natural como si el pozo
fluyera por su propia presión; en la fase intermitente el gas es inyectado de manera cíclica,
para que este pueda levantar la columna estática en un régimen de flujo tipo tapón; se
sugiere que por encima de una capacidad de producción de 300 BPD de líquido se use el
tipo continuo.
VÁLVULAS DE DESCARGA (DISEÑO DEL ESPACIADO)
Cuando se realiza una completacion, servicio o reacondicionamiento, el pozo suele estar
cargado con fluido de completacion. Si se está completado con equipo de gas lift, la
columna de fluido debe ser descargada para poder iniciar la inyección a través de la válvula
de operación. Este proceso de hace colocando unas válvulas adicionales llamadas válvulas
de descarga que van encima de las válvulas de operación, interespaciadas dependiendo
del gradiente estático y fluyente del fluido y de los gradientes Kick-off y operación de gas
de inyección en el anular.
Para valvular por presión balanceada o no, y válvulas por fluido, la ecuación del espaciado
tanto para inyección intermitente o continua es:
Y
El gradiente de carga fluyente, Gu, está en función de la presión de descarga en el cabezal
del pozo (Pdh):
El factor de seguridad intrínseco que se encuentra en todas las ecuaciones es el gradiente
del gas en el anular usado que en este caso es menor al gradiente real mientras no se
consideren las pérdidas de presión por fricción.
Las presiones del eductor y anular para cada válvula son:
Las válvulas diferenciales dependen de la presión ejercida por el resorte diferencial y el
interespaciado es contante:
Y
De este diagrama la cual es un diagrama de descarga de un pozo LAG se sacaron todas
las ecuaciones anteriores para el cálculo de las válvulas de descarga y su espaciado y para
esto se mencionaran a continuación unos parámetros de la misma:
Pdhi es la presión cuando la primera válvula de arriba comienza a operar o la presión en el
cabezal del pozo antes de las operaciones de descarga. El pozo permanece conectado al
múltiple de prueba cual caso la presión del cabezal será ligeramente mayor a la presión
del separador. Tener conocimiento de esta información es de mucha importancia porque la
profundidad de la primera válvula depende de ella y eventualmente es espaciado de las
demás de la primera.
Pwh es la presión del cabezal del pozo en producción y no tiene ninguna influencia en el
diseño de las válvulas.
Pdh presión del cabezal del pozo en una operación normal de descarga. Esta presión junto
a la presión en la tubería eductora determina el gradiente fluyente de descarga. No existe
ninguna ecuación para el cálculo de esto de manera que debe ser estimado a base de la
experiencia de campo o mediante correlaciones, como la correlación de beggs:
Pt1,Pt2,Pt3, etc. Son las presiones en la tubería eductora a las profundidades de las
válvulas de descarga y son calculadas así:
Pso es la presión del sistema de suministro de gas y es medida a la salida del múltiple de
distribución. Esta junto con la presión del punto de balance, el gradiente de operación de la
columna de gas en el anular. Normalmente el sistema sufre alteración debido a las
interferencias con otros pozos de gas lift que están conectado sobretodo en pozos con
inyección intermitente. Esto ocasiona que la presión se comporte de forma sinusoidal es
decir con altas y bajas.
Pko presión de arranque kick-off. Es la presión suministrada por el sistema de distribución
de gas en superficie. Se usa para operar la primera válvula y generalmente se estima en
50 lpc por encima de la presión de operación.
Pc1, Pc2, Pc3, etc. Son las presiones del espacio anular a las profundidades de las
válvulas. Son calculadas en función del gradiente de la columna de gas en el anular, la
primera Pc1 se usa con la presión kick-off.
VÁLVULAS DE DESCARGAS (DISEÑO DE OPERACIÓN)
La operación de este tipo de válvulas depende de las presiones que se ejercen (que
dependerán del tipo de válvula) y que pueden generar el cierre o apertura de la válvula. La
presión de cierre es la que actúa sobre la superficie externa del pistón y la presión de cierre
es la que actúa sobre la parte interna del pistón y que está en contacto con el flujo.
La fuerza de cierre es dada por la presión ejercida por el gas de carga del domo sobre el
área externa del pistón a condiciones de operación. Esto es:
En válvulas operadas por presión, la fuerza de apertura es dada por la presión de la
columna de gas en el espacio anular ejercida sobre el área interna del pistón expuesta al
flujo, Ab − Ap , más la presión ejercida por el fluido de la tubería eductora sobre el vástago
del pistón asentado sobre la superficie del orificio que lo comunica con el eductor, Ap
El “spread” básicamente en una diferencia de presiones que tienen ciertas áreas del pistón
los cuales son de vital importancia para abrir o cerrar la válvula.
Con la siguiente formula analizamos el momento en el que las presiones de la válvula se
encuentran en equilibrio partir de ahí una variación de la presión puede causar la apertura
o cierre.
Cuando se abre la válvula la fuerza F que es ejercida sobre el domo tiene que ser menor a
la presión de apertura de la válvula por el área de del domo. (Pc1*Ab) y para que la válvula
cierre la fuerza F que es ejercida sobre el domo tiene que ser igual a la presión de cierre
por el área del domo, (Pc2*Ab). Por lo que Pc1 es mayor a Pc2. La diferencia de presión
de apertura y la de cierre Pc1- Pc2 es el “spread”.
ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DE UN POZO DE LAG
El comportamiento de un pozo de gas lift puede se analiza de la misma manera que para
pozos de flujo natural; es decir se analizan las diferentes relaciones de comportamiento
(IPR, TPR, WPR, SPR) para diferentes condiciones de flujo. De esta manera se determina
el efecto de los parámetros de flujo (relación gas/líquido de inyección, profundidad de la
válvula de operación, etc) sobre la tasa de producción del pozo, lo que permite mejorar y
optimizar el sistema de flujo haciendo los ajustes necesarios.
Para realizar dicho análisis, se selecciona un punto de balance (Nodo) dependiendo del
parámetro que se desee analizar. Si se analiza la inyección de gas, conviene seleccionar
como Nodo el punto de inyección; o sea, la profundidad de la válvula de operación, si la
presión en el cabezal del pozo es supuesta constante. La presión del Nodo será la presión
del eductor a la profundidad del punto de inyección, Ptv , y el balance de presiones vendrá
dado por:

Influjo

Exflujo
Un gráfico de Ptv vs. ql reproducirá una curva de pendiente negativa para el Influjo y de
pendiente positiva para el Ex flujo. La intersección de estas curvas representa la capacidad
de producción del pozo para las condiciones de flujo dadas.
De acuerdo a la gráfica 6 (ql vs Ptv), se observó que para ciertas condiciones de flujo
dadas, la tasa de producción aumenta a medida que aumenta la relación gas/líquido de
inyección. Esto ocurre hasta un valor máximo, el cual es el valor óptimo del mismo, por
encima del cual el comportamiento se revierte y la tasa de producción disminuye.
Evidentemente, el punto de máxima tasa de producción corresponderá a la relación
gas/líquido de inyección óptima, el volumen de inyección de gas podría estar limitado por
la disponibilidad en el sistema de gas lift del campo.
Entonces, es conveniente determinar la RGL de inyección más efectiva en base a un
análisis del comportamiento esperado de tasa de producción con tasa de inyección de gas,
como se observó en la figura 7 (comportamiento de ql vs Qgi en pozos de LAG).
Este tipo de análisis también es usado a menudo para determinar en cuál válvula está
en
funcionamiento.
Para
un
flujo
de
pozo
constante,
se
construyen
curva
de influjo y exflujo tomando como nodos la profundidad de la válvula del punto de inyección
y de dos o tres válvulas por encima de ella, como se observó en la figura 8.
En caada punto de intersección de ambas curvas para cada profundidad de inyección
representa la tasa de producción esperada para cada presión del eductor a la profundidad
de la válvula.
Si se conoce la tasa de producción real del pozo se podrá determinar cuál válvula está
operando, o cuales válvulas funcionan en forma alternada. Se realiza un gráfico de
profundidad versus presión para cada tasa de producción esperada, tal y como se observó
en la Figura 9, esto no explica que: a mayor profundidad y una presión baja se tiene un
gasto elevado, pero si se tiene una profundidad relativamente baja y una presión alta el
gasto es menor.
El efecto de la profundidad de inyección se puede analizar seleccionando como nodo la
profundidad del punto medio de las perforaciones, donde la presión es Pwf. Así, el influjo
permanecerá constante, puesto que es dado por el IPR del pozo. El ex flujo cambiará al
variar la profundidad de inyección. La figura 10 nos explica esta situación. Como se observa
en la gráfica, a mayor profundidad de inyección mayor será la tasa de producción. Esto se
debe a que a mayor profundidad de inyección menor será la densidad de la columna de
fluido en la tubería eductora, reduciendo, la presión de fondo fluyente del pozo. Este tipo de
análisis se presenta en casos de recompletaciones de pozos en yacimientos semiagotados, donde el IPR sufre una variación importante.