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U N I V E R S I D A D D E A Q U I N O B O L I V I A

FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGIA

Carrera: Ingeniería en Gas y Petróleo

MATERIA:

PRODUCCION II

INTEGRANTES:

MAGUI FLORES CHOROLQUE

FEDERICO SOLA

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I N D I C E

1. Introducción 2. Concepto 3. Objetivo 4. Desarrollo 5. Nodo

5.1. Clasificación de Nodos 5.1.1. Nodo Común 5.1.2. Nodo Funcional (Fijo)

6. Elementos Usados en el Sistema del Análisis Nodal 6.1. Ubicación de los Nodos Compontes 6.2. Componentes que Intervienen en el Análisis Nodal

6.2.1. Separador6.2.2. Línea de Flujo Horizontal6.2.3. Choque Superficial6.2.4. Cabeza de Pozo6.2.5. Válvula de Seguridad 6.2.6. Choque de Fondo6.2.7. Presión Fluyente6.2.8. Completación o perforaciones en el Fondo6.2.9. Línea de Flujo Vertical

6.3. Procedimiento del Análisis Nodal6.4. Presión Constante

6.5. Optimización de la Tubería de Producción

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6.6. Efecto de Agotamiento del Reservorio7. Caídas de Presión

7.1. Flujo de Una Sola Fase7.2. Fluidos de Dos Fases

8. Conclusión9. Bibliografías

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ANALISIS NODAL

1.-INTRODUCCION

Señalaremos los conceptos básicos del análisis nodal para la optimización de la producción, definiendo el sistema total y subdividiendo los distintos componentes para analizar la caída de presión en cada uno de ellos, determinando los cuellos de botella del sistema donde existe la mayor pérdida de presión.

Este análisis ha sido usado por muchos años para evaluar otros sistemas compuestos. En 1945 fue propuesto por Gilbert para ser aplicado a pozos de producción y después discutidos por Nind en 1964 como así también por Mach, Joe, Eduardo Proano, Kermit E. Brown y otros que habiendo complementado las investigaciones hacen posible el nuevo enfoque del análisis nodal; cuya forma de análisis ofrece un medio de optimizar más eficiente y económico los pozos productores; desde el limite exterior del reservorio a la pared del pozo, a través de las perforaciones y la sección de terminación a la entrada de la tubería, hasta la cabeza de la tubería incluyendo cualquier restricción de las misma, el choque de superficie, línea de flujo y el separador.

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2.-CONCEPTO.-

El análisis nodal se define como la segmentación de un sistema de producción en puntos o nodos, donde se producen cambios de presión, los cuales están definidos por diferentes ecuaciones o correlaciones. 3.-OBJETIVO

El objetivo principal del análisis nodal, es el de diagnosticar el comportamiento de un pozo, optimizando la producción, variando los distintos componentes manejables del sistema para un mejor rendimiento económico. 4.-DESARROLLO

5.-NODO

Un nodo es el punto donde existe un cambio en el régimen o dirección de flujo.

En todo análisis es muy importante conocer los conceptos que se manejan para tener un mejor aprovechamiento de todo el análisis del sistema propuesto, siendo estos clasificados como:

5.1-CLASIFICACION DE NODOS

Existen dos tipos de nodos que se encuentran en un sistema completo de producción:

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5.1.1.-Nodo ComúnEste es el nombre que recibe una sección determinada de un sistema donde se produce una caída de presión, producto de la interrelación entre componentes o nodos.5.1.2.-Nodo Funcional (Fijo)Son los puntos terminales e inicial del sistema de producción, donde no existe variación de presión atreves del nodo. Sin embrago, en un sistema de producción total existe al menos un punto donde esta suposición no es verdadera, cuando una presión diferencial existe a través de un nodo, dicho nodo es llamado funcional puesto que la respuesta de caída de presión o caudal puede representarse mediante alguna función física o matemática. Se pueden advertir algunos parámetros comunes de un sistema los cuales son funcionales. Como así también se debe tener en cuenta que hay otros componentes de superficie y de fondo y otros sistemas de terminación que podrían crear caídas de presión en los caudales.Todos los componentes aguas arriba del nodo, comprenden la sección de flujo de entrada (inflow), en cuanto a la sección de flujo de salida (outflow), agrupa todos los componentes aguas abajo. Es importante notar que para restricción localizada en el sistema, el cálculo de la caída de la presión a través del nodo, como una función del caudal, está representado por la misma ecuación general:

Δp=Q n

6.-Elementos usados en el Sistema del Análisis NodalConsiderando las variadas configuraciones de pozos de un sistema de producción, estos elementos,

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también llamados componentes, pueden ser muchos debido a que existen sistemas de terminación muy complejos.

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Δp1=Pr-Pwfs = pérdida de presión en medios porosos.

Δp2=Pwfs-Pwf = pérdida de presión a través de la completación.

Δp3=Pur-Pdr= pérdidas de presión a través de las restricciones.

Δp4=Pusv-Pdsv= pérdidas de presión a través de la válvula de seguridad.

Δp5=Pwh-Pdsc= pérdidas de presión a través de choques superficiales.

Δp6=Pdsc-Psep= pérdidas de presión en líneas de flujo.

Δp7=Pwf-pwh= pérdidas de presión total en la tubería de producción.

Δp8=Pwh-Psep= pérdidas de presión total en la línea de flujo.

La presión en cada componente es dependiente del caudal de producción, el caudal puede ser controlado por los componentes seleccionados, siendo por lo tanto muy importante la selección y el dimensionamiento de los componentes individuales en el estudio de un pozo específico.

El diseño final de un sistema de producción debe ser analizado como una unidad, puesto que, la cantidad de gas fluyente desde el reservorio hasta superficie en un pozo depende de la caída de presión en el sistema.

6.1.-Ubicación de los Nodos componentes

Observando la Figura podemos determinar las posiciones de los nodos componentes más comunes, siendo estos modificados de acuerdo a necesidades y requerimientos del sistema de producción.

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Nodo Posición Tipo 10 Línea de Petróleo al Tanque Funcional9 Línea de venta de gas Funcional8 Separador Funcional7 Línea de Flujo Horizontal Común 6 Choque Superficial Común 5 Cabeza de Pozo Funcional4 Restricciones o choque de fondo Común 3 Tubería Vertical o Inclinada Común 2 Válvula de Seguridad Común 1 Presión Fluyente de Reservorio Funcional6.2.-COMPONENTES QUE INTERVIENEN EN EL ANALISIS NODALEn función de la necesidad que se tiene de cada uno de los elementos que intervienen como componentes de un sistema de producción definiremos la funcionalidad de los más importantes:

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6.2.1.-SeparadorEn el proceso de separación de petróleo y gas en campos petroleros no existe un criterio único para establecer las condiciones más adecuadas de producción óptima de los equipos, pero el estudio está orientado a obtener ciertos objetivos puntuales que nos den condiciones de máxima eficiencia en el proceso de separación, obtenido de esta manera: Alta eficiencia en el proceso de separación de gas-petróleo. Mayor incremento en los volúmenes de producción. Incremento en la recuperación de petróleo. Disminución de costos por compresión. Estabilización del RGP relación gas-petróleo.

6.2.2.-Línea de flujo horizontalEste componente es el que comunica la cabeza de pozo con el separador y donde el fluido presenta un comportamiento que obedece a las condiciones adoptadas para el sistema de producciónDe los pozos.El tratamiento del componente para flujo en la línea horizontal puede ser analizado usando las diversas ecuaciones y correlaciones presentadas por investigadores que han estudiado la incidencia que puede tener este componente sobre el conjunto del sistema, en su inter relación apropiada de su dimensionamiento más adecuado y óptimo.6.2.3.-Choque Superficial

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Es el que controla la producción del pozo el cual se puede aumentar o disminuir el caudal de producción, en este componente se produce una presión diferencial que puede ser calculada con una de las muchas ecuaciones para choques o estranguladores.6.2.4.-Cabeza de PozoEs un punto del sistema en el que se produce el cambio de dirección, de flujo vertical a flujo horizontal y donde se toma el dato de la presión de sugerencia para conocer la energía de producción del pozo, siendo también un punto crítico que es tomado en cuenta para su análisis dentro del sistema.6.2.5.-Válvula de SeguridadEste componente es un elemento que se instala en la tubería vertical y que opera ante cualquier anormalidad del flujo que puede ocurrir en el transcurso de la producción, siendo vital para la seguridad operativa y productiva del pozo.

6.2.6.-Choque de FondoSe procede a la bajada de este tipo de restricción de acuerdo a la necesidad que existe de elevar la presión y controlar la energía en el flujo de la línea vertical, como así también tener una presión de aporte y elevación controlada, por lo que se va a producir una presión diferencial en la que también se tendrá una caída de presión que a su vez puede ser calculada.

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6.2.7.-Presión FluyenteEsta es muy importante para el sistema ya que de ella depende toda la capacidad de la instalación que se desea conectar al reservorio a través del pozo y así producir todo el campo.Esta presión es medida en el fondo del pozo, tomada en su punto medio del nivel productor; su determinación se le hace en forma directa usando herramientas de toma de presión, también se puede calcular utilizando ecuaciones o correlaciones.6.2.8.-Completación o Perforaciones en el FondoEste nodo es muy importante en el sistema de producción debido a que comunica el reservorio con el pozo, y de él depende mucho el potencial de entrega de pozo, debido a la disminución del área por donde debe pasar el fluido, la cual puede ser expresada por correlaciones.6.2.9.-Línea de Flujo VerticalEste componente es el que comunica el fondo del pozo con la superficie, donde el fluido presenta un comportamiento que obedece a las condiciones de presión y temperatura, que están de acuerdo a la profundidad. En este componente existe la mayor pérdida de energía del sistema, que va desde el 20 al 50%de acuerdo a la relación gas/condensado y corte de agua.

6.3.1.-Procedimiento del análisis nodal

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Una vez que se tenga el sistema completo en el pozo se procede a efectuar el análisis de la siguiente forma:

1. Primeramente determinamos que componentes del sistema de producción van a ser cambiados para dar mayor optimización al sistema.

2. Después seleccionamos los nodos componentes que van a ser analizados.

3. Luego seleccionamos la ubicación de cada uno de los nodos y aislamos el efecto de cambio de presion sobre los demás componentes seleccionados.

4. Después determinamos las relaciones que se aplicarán para la entrada y salida de flujo del nodo.

5. También se describe el método que va a usarse para determinar la entrada y salida del flujo.

6. Por último se construyen curvas de entrada Vs. Salida de flujo en las que se determinan los efectos de cambio de capacidad de producción sobre el rendimiento completo del sistema.

Entrada (inflow) al nodo:

Pr- Δp (componentes aguas arriba)= Pnodo EC.(1.1)

Salida (outflow) del nodo:

Psep + Δp (componentes aguas abajo)= Pnodo EC.(1.2)

Estas relaciones deben cumplir los siguientes requisitos:

1) El caudal que ingresa al nodo debe ser igual de salida.2) Solamente existe una presión en el nodo.

7. Y esto se repite para cada nodo componente.

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6.3.2.-Presión Constante El nodo 8, ubicado en un sistema de producción en el separador, establece que existen dos presiones que no están en función del caudal de producción del reservorio. La presión de separación es usualmente regulada a una presión de entrega de gas, planta o la presión de succión del compresor nodo 8. Por lo tanto, la presión del separador (Psep) será constante para cualquier caudal de flujo. La presión del reservorio (PR), nombrada por el nodo 1, será

también considerada constante en el momento de la prueba o análisis. El balance de presión para el nodo en el choque se puede definir como:

(Psep=Pres− ΔPcomplet. –Δptub. Vert. −ΔPchoque− ΔPtub.horz.)

6.3.3.-Optimización de la Tubería de Producción Uno de los componentes más importantes en un sistema de producción, es la sarta de producción. Debido a que cerca del 50 % de la pérdida total de presión en un pozo de gas puede ocurrir por la movilización de los fluidos desde el fondo del pozo hasta la superficie. Un problema común en los proyectos de completación, es el seleccionar un tamaño de tubería de producción basados en criterios totalmente irrelevantes, como por ejemplo, el tamaño que se tiene disponible en almacén. La selección del tamaño de la tubería de producción debe ser hecha en base a datos disponibles, ya sea pruebas de formación o datos de reservorio, lo cual no es posibles hacerlos en pozos exploratorios por falta de información confiable. A medida que el área de flujo vertical se incrementa, las velocidades de flujo disminuyen pudiendo llegar a generar que las condiciones de flujo sean inestables e ineficientes, esto ocasiona que se forme un escurrimiento de líquido, formándose la acumulación de líquido en el fondo del pozo, que podría ocasionar el ahogo o muerte del pozo.

6.3.4.-Efecto de Agotamiento del Reservorio

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Al aislar los componentes de las tuberías tanto vertical como horizontal, podemos observar el efecto de agotamiento del reservorio, con su disminución de su capacidad productiva, conforme transcurre el tiempo. Teniendo en cuenta los cambios de la relación gas-condensado y el corte de agua.

Mantener la producción en un caudal constante, implicará una disminución de la presión de fondo fluyente a medida que la presión del reservorio declina. Existen dos formas para lograr esto:

La primera, es instalando un compresor para reducir la presión del separador. La segunda, es instalando una línea de flujo y tuberías de mayor diámetro para disminuir la caída de presión en el sistema de tuberías.

7.-CAIDAS DE PRESIONPara determinar el rendimiento de cualquier pozo de producción, es necesario tener que calcular todas las caídas de presión en todos los componentes del sistema. Todas las caídas de presión están en función del caudal de producción y de las características de los componentes. En el caso de flujo de simple fase, líquido o gas, las caídas de presión son calculadas fácilmente. Así como las características de los componentes: la longitud, diámetro y rugosidad y otros parámetros que son conocidos. Desafortunadamente, la producción de petróleo o gas fluye en condiciones multifásicas , existiendo usualmente gas libre producido con el petróleo y en los pozos de gas se puede producir con agua o condensado con el gas.La presencia del líquido y gas en los componentes complica en forma significativa las caídas de presión en su cálculo. A

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medida que cambia la presión existente en un componente ocurre un cambio de fase en el fluido. Esto causa cambios en la densidad, velocidad, volumen de cada una de las fases y propiedades del fluido. Además ocurre cambio de temperatura en el flujo del sistema tubería y restricciones, esto no es un problema en el cálculo del rendimiento de reservorio puesto que la temperatura en el reservorio permanece constante en cualquier punto del sistema, se requiere del conocimiento de la temperatura existente en aquel punto.7.1.-FLUJO DE UNA SOLA FASELas caídas de presión están en función del caudal de producción y de las características de los componentes. En el caso del flujo de una sola fase ya sea líquido o gas, se determinan fácilmente las caídas de presión, tan extensas como las características de los componentes, tal como el diámetro y la rugosidad son conocidas. Hay que reconocer que casi todos los pozos de producción de petróleo operan bajo condiciones multifásicas, porque siempre hay algo de gas libre junto al petróleo. En los pozos de petróleo cuando hay presencia de líquido y gas en el componente complica grandemente los cálculos de las caídas de presión.Como la existencia de presión en un componente cambia, los cambios de fase ocurren en los fluidos, esto causa cambios en:

Densidades Velocidades Volumen de cada fase Propiedades de liquido

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Los cambios de temperatura también ocurren en el flujo del sistema de tubería y restricciones, lo que no ocurre en el reservorio porque esta permanece constante.7.2.-FLUIDOS DE DOS FASESPara calcular el gradiente de presión se necesita valores de condiciones de flujo tal como velocidad y propiedades de fluido, así como densidad, viscosidad y en algunos casos como tensión superficial. Calculando estas variables para el flujo de dos fases, se encuentra ciertas normas de mezcla y definiciones únicamente para esta aplicación.

8.-CONCLUSION

Un análisis nodal nos permite orientar la operación de los yacimientos de hidrocarburos hacia su optimización; esto es, mejorar la productividad de los pozos, incrementar la eficiencia del sistema, reducir los costos operativos y alargar el tiempo de vida de sus instalaciones.9.-BibliografíasExplotación de Gas y Optimización de la producción-Ing. José Luis Rivero Análisis de un Sistema de Producción y Análisis Nodal-Marcelo HirschfeldtRecopilación y resumen de textos de los siguientes autores: H. Dale Beggs, Kermit E. Brown y James F. Lea

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