Análisis del límite mecánico de los sistemas de ... - OilProduction.net
Análisis del límite mecánico de los sistemas de ... - OilProduction.net
Análisis del límite mecánico de los sistemas de ... - OilProduction.net
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
<strong>Análisis</strong> An lisis <strong><strong>de</strong>l</strong> <strong>límite</strong> l mite <strong>mecánico</strong> mec nico <strong>de</strong> <strong>los</strong><br />
<strong>sistemas</strong> <strong>de</strong> extracción extracci n artificial en la<br />
Cuenca <strong><strong>de</strong>l</strong> Golfo San Jorge<br />
por<br />
Marcelo Hirschfeldt<br />
<strong>OilProduction</strong>.<strong>net</strong><br />
Jornadas <strong>de</strong> Producción IAPG – Agosto <strong>de</strong> 2008- Argentina
Objetivos principales <strong>de</strong> esta presentación<br />
presentaci<br />
• Realizar un análisis an lisis <strong>de</strong> <strong>los</strong> <strong>límite</strong>s mites <strong>mecánico</strong>s<br />
mec nicos <strong>de</strong> <strong>los</strong><br />
principales <strong>sistemas</strong> <strong>de</strong> extracción extracci artificial <strong>de</strong> la<br />
CGSJ<br />
• Establecer una guía gu para futuros análisis an lisis <strong>de</strong> cada<br />
sistema<br />
• Se toma como referencia la información <strong>de</strong> alre<strong>de</strong>dor <strong>de</strong><br />
9,000 pozos (Caudal vs profundidad <strong>de</strong> instalación)<br />
• Se analizará alguna <strong>de</strong> las razones <strong>de</strong> éstos <strong>límite</strong>s y<br />
alguna <strong>de</strong> las mejores prácticas en la selección <strong>de</strong><br />
materiales, nuevas tecnologías y criterios <strong>de</strong> operación.<br />
Jornadas <strong>de</strong> Producción IAPG – Agosto <strong>de</strong> 2008- Argentina
La cuenca <strong><strong>de</strong>l</strong> Golfo San Jorge- Jorge CGSJ<br />
South<br />
America<br />
Argentina<br />
Buenos Aires<br />
GOLFO SAN JORGE<br />
BASIN<br />
Marcelo Hirschfeldt - www.oilproduction.<strong>net</strong>
Sistemas <strong>de</strong> Extracción Extracci n Artificial en la<br />
Cuenca <strong><strong>de</strong>l</strong> Golfo San Jorge<br />
Marcelo Hirschfeldt - www.oilproduction.<strong>net</strong>
Distribución Distribuci n <strong>de</strong> <strong>los</strong> principales SEA en la CGSJ<br />
SRP – 76.4 % - 9,561<br />
Total – 12,516 pozos con SEA<br />
PCP – 12.8 % - 1,607<br />
ESP – 10,6 % - 1,323<br />
Según Secretaría <strong>de</strong> Energía <strong>de</strong> la República Argentina- Abril <strong>de</strong> 2008<br />
Marcelo Hirschfeldt - www.oilproduction.<strong>net</strong>
Evolución Evoluci n <strong>de</strong> <strong>los</strong> SEA- SEA tasa <strong>de</strong> crecimiento anual<br />
Número <strong>de</strong> pozos activos<br />
13.000<br />
12.000<br />
11.000<br />
10.000<br />
9.000<br />
8.000<br />
7.000<br />
Ene-99<br />
Jul-99<br />
Ene-00<br />
Jul-00<br />
Ene-01<br />
Jul-01<br />
Ene-02<br />
Jul-02<br />
Ene-03<br />
Beam Pumping ESP PCP<br />
Jul-03<br />
Ene-04<br />
Jul-04<br />
Ene-05<br />
Jul-05<br />
Ene-06<br />
Jul-06<br />
Ene-07<br />
7.1 %<br />
8.7 %<br />
3.6 %<br />
Jul-07<br />
Ene-08
Conceptos <strong><strong>de</strong>l</strong> levantamiento artificial<br />
Pe<br />
P1<br />
P3<br />
Pwf<br />
P2<br />
Q<br />
P= P1+ P2+ P3<br />
HHP = Q x P<br />
HHP = Potencia hidráulica requerida para elevar el<br />
fluido <strong>de</strong>s<strong>de</strong> el fondo <strong><strong>de</strong>l</strong> pozo hacia la superficie
Elementos en un sistema <strong>de</strong> extracción<br />
extracci<br />
Energía Caudal<br />
ESP<br />
Prime<br />
Mover<br />
SRP eléctrico o CI<br />
eléctrico<br />
sumergible<br />
Conversor Transmisión Bomba<br />
Unidad <strong>de</strong><br />
bombeo<br />
X X<br />
Sello Ejes Centrífuga<br />
X X<br />
multietapa<br />
X<br />
X<br />
Varillas <strong>de</strong> Cavida<strong>de</strong>s<br />
PCP eléctrico o CI Cabezal<br />
bombeo progresivas<br />
X X<br />
X<br />
X restringido por temperatura<br />
X restringido mecánicamente<br />
X<br />
Varillas <strong>de</strong> mecánica<br />
bombeo (pistón-barril)<br />
X X<br />
Analizado en el contexto <strong>de</strong> la CGSJ y las<br />
experiencias registradas en la misma<br />
Marcelo Hirschfeldt - www.oilproduction.<strong>net</strong>
Restricción Restricci n principal en pozos <strong>de</strong> la Cuenca <strong><strong>de</strong>l</strong> Golfo San<br />
Jorge para <strong>los</strong> SEA<br />
BME<br />
Tubing 27/8”<br />
Varillas 1”<br />
cuplas slim hole<br />
Bombas TH<br />
Casing 5 ½”<br />
ESP<br />
Tubing 27/8”<br />
Motores S456<br />
Bombas S400<br />
Alre<strong>de</strong>dor <strong><strong>de</strong>l</strong> 97 % <strong>de</strong> <strong>los</strong><br />
pozos<br />
PCP<br />
Tubing 27/8”<br />
Varillas 1” cuplas<br />
slim hole<br />
Bombas con<br />
housing 4 – 41/2”<br />
En CGSJ, <strong>de</strong>bido a las múltiples capas productivas, se suele<br />
instalar equipos por <strong>de</strong>bajo <strong>de</strong> <strong>los</strong> punzados obligando a usar<br />
camisas <strong>de</strong> 41/2” y Motores S375
El factor temperatura<br />
Marcelo Hirschfeldt - www.oilproduction.<strong>net</strong>
El factor temperatura - Gradiente geotérmico<br />
geot rmico<br />
Temperatura - Grados C<br />
180,0<br />
160,0<br />
140,0<br />
120,0<br />
100,0<br />
80,0<br />
60,0<br />
40,0<br />
20,0<br />
0,0<br />
Gradiente geotérmico CGSJ- °C/m<br />
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500<br />
Profundidad- m<br />
promedio- 0,0395<br />
perfil- 0,0353<br />
perfil- 0,0374<br />
perfil- 0,0384<br />
correlación- 0,040<br />
correlación- 0,0464<br />
Gradientes obtenidos <strong>de</strong> perfiles con wireline, registros <strong>de</strong> sensores <strong>de</strong> fondo en bajadas <strong>de</strong><br />
equipos PCP y correlaciones realizadas por profesionales <strong>de</strong> la cuenca
En resumen<br />
Las acciones que se han tomado y se<br />
siguen tomando en la CGSJ están<br />
orientadas a :<br />
• Implementar nuevos diseños <strong>de</strong> instalaciones<br />
<strong>de</strong> fondo y superficie<br />
• Incorporar nuevos materiales y <strong>de</strong>sarrol<strong>los</strong><br />
• Adoptar distintos criterios <strong>de</strong> operación <strong>de</strong> cada<br />
sistema<br />
Marcelo Hirschfeldt - www.oilproduction.<strong>net</strong>
Sistemas <strong>de</strong> extracción<br />
extracci n – Caudal vs Prof . CGSJ<br />
Profundidad- m<br />
0<br />
500<br />
1.000<br />
1.500<br />
2.000<br />
2.500<br />
3.000<br />
3.500<br />
Caudal - m3/d<br />
9,000 pozos representados<br />
0 100 200 300 400 500 600<br />
Bombeo <strong>mecánico</strong><br />
Debido a que no todos estos pozos tienen sus niveles dinámicos cerca <strong>de</strong> la bomba (condición óptima y extrema) es que se<br />
pue<strong>de</strong>n encontrar equipos instalados y operando con Q y profundidad por encima <strong>de</strong> <strong>los</strong> <strong>límite</strong>s recomendados<br />
PCP<br />
ESP
Bombeo Mecánico<br />
Marcelo Hirschfeldt - www.oilproduction.<strong>net</strong>
Bombeo <strong>mecánico</strong> mec nico<br />
La Principal restricción en la CGSJ es el diámetro <strong><strong>de</strong>l</strong><br />
casing<br />
CSG: 51/2”<br />
Tubing: 27/8”<br />
Varilla: 1”<br />
a partir <strong>de</strong> esto surgieron las siguientes alternativas:<br />
• Varillas <strong>de</strong> bombeo con pin <strong>de</strong> mayor diámetro<br />
• Varillas alta resistencia<br />
• Varillas con uniones Premium<br />
• Varillas continuas
Bombeo <strong>mecánico</strong> mec nico – Caudal vs Prof. <strong>de</strong> instalación<br />
instalaci<br />
Profundidad- m<br />
0<br />
500<br />
1.000<br />
1.500<br />
2.000<br />
2.500<br />
3.000<br />
3.500<br />
Caudal - m3/d<br />
0 100 200 300 400 500 600<br />
Bombeo <strong>mecánico</strong><br />
PCP<br />
ESP
Bombeo <strong>mecánico</strong> mec nico – Caudal vs Prof. <strong>de</strong> instalación<br />
instalaci<br />
Profundidad- m<br />
0<br />
500<br />
1.000<br />
1.500<br />
2.000<br />
2.500<br />
3.000<br />
3.500<br />
Caudal - m3/d<br />
0 100 200 300 400 500 600<br />
Profundidad máxima limitada por la<br />
profundidad <strong>de</strong> <strong>los</strong> pozos<br />
Límite estimado <strong>de</strong> varillas Grado<br />
Bombeo <strong>mecánico</strong><br />
D: Se toma como referencia PCP el<br />
ESP<br />
100 % <strong>de</strong> Goodman <strong>de</strong> las varillas<br />
convencionales<br />
Límite estimado <strong>de</strong> varillas alta<br />
resistencia y pines <strong>de</strong> mayor<br />
diámetro : Se toma como<br />
referencia el 100 %<br />
Posibles aplicaciones para roscas<br />
premium y varillas continuas
Que se hace <strong>de</strong>s<strong>de</strong> superficie ?<br />
En la actualidad se<br />
están utilizando unida<strong>de</strong>s<br />
<strong>de</strong> carrera larga y bajos<br />
Golpes por minuto para<br />
disminuir las cargas<br />
dinámicas.<br />
Por ejemplo unida<strong>de</strong>s:<br />
288 “ <strong>de</strong> carrera<br />
4 GPM
Nuevas ten<strong>de</strong>ncias en superficie<br />
Unida<strong>de</strong>s Hidráulicas nacionales<br />
Unida<strong>de</strong>s Hidráulicas Dynapump<br />
Marcelo Hirschfeldt - www.oilproduction.<strong>net</strong>
Bombeo<br />
Electrosumergible (ESP)<br />
Marcelo Hirschfeldt - www.oilproduction.<strong>net</strong>
ESP – Límites mites <strong>mecánico</strong>s<br />
mec nicos<br />
Motores<br />
Comienzan a aparecer<br />
algunas limitaciones en motores<br />
S375 cuando se utilizan con<br />
camisas <strong>de</strong> 4 ½”<br />
Principalmente en la<br />
transferencia <strong>de</strong> potencia <strong>de</strong>s<strong>de</strong> el<br />
motor hacia la bomba (ejes y<br />
cupling), <strong>de</strong>bido a la disminución<br />
<strong>de</strong> <strong>los</strong> diámetros <strong>de</strong> <strong>los</strong> mismos.<br />
Otros elementos<br />
Sel<strong>los</strong>: Si bien la capacidad <strong>de</strong> carga axial y transmisión <strong>de</strong><br />
potencia (eje) varía en función <strong><strong>de</strong>l</strong> diámetro <strong><strong>de</strong>l</strong> mismo (serie), no<br />
existen limitaciones que restrinjan su instalación<br />
Bombas: No se superaría la presión <strong>de</strong> <strong>los</strong> housing<br />
disponibles en el mercado<br />
No se registrarían limitaciones en Motores S456<br />
Marcelo Hirschfeldt - www.oilproduction.<strong>net</strong>
ESP y la temperatura<br />
Motores<br />
El <strong>límite</strong> <strong>de</strong> temperatura está dado principalmente por la<br />
resistencia a la temperatura <strong>de</strong> <strong>los</strong> aislantes <strong>de</strong> <strong>los</strong><br />
bobinados y <strong>de</strong> algunos componentes como el “pothead”<br />
Max temp <strong>de</strong><br />
alguno <strong>de</strong> <strong>los</strong><br />
componentes<br />
<strong><strong>de</strong>l</strong> motor<br />
Incremental <strong>de</strong><br />
temp refrigerado<br />
por 100% W<br />
Incremental <strong>de</strong><br />
temp<br />
refrigerado por<br />
100% oil<br />
170-200 °C + 10-15 °C + 35-40 °C<br />
Se ha comenzado a fabricar y utilizar en la CGSJ motores con<br />
bobinados aislados con PolyEtherEtherKetone aumentando<br />
éste <strong>límite</strong> <strong>de</strong> temperatura, principalmente la confiabilidad<br />
minimizando la <strong>de</strong>gradación <strong><strong>de</strong>l</strong> bobinado y <strong><strong>de</strong>l</strong> motor en si.<br />
Marcelo Hirschfeldt - www.oilproduction.<strong>net</strong>
Profundidad- m<br />
Bombeo Electrosumergible<br />
0<br />
500<br />
1.000<br />
1.500<br />
2.000<br />
2.500<br />
3.000<br />
3.500<br />
Caudal - m3/d<br />
0 100 200 300 400 500 600<br />
Bombeo <strong>mecánico</strong><br />
PCP<br />
ESP
Profundidad- m<br />
Bombeo Electrosumergible<br />
0<br />
500<br />
1.000<br />
1.500<br />
2.000<br />
2.500<br />
3.000<br />
3.500<br />
Caudal - m3/d<br />
0 100 200 300 400 500 600<br />
Gradiente geotérmico<br />
[ 0,0039 °c/m]<br />
Incremental <strong>de</strong><br />
temperatura <strong><strong>de</strong>l</strong> Motor<br />
Bombeo <strong>mecánico</strong><br />
PCP<br />
ESP<br />
127 Hp - posible<br />
barrera para<br />
motores TR3<br />
+- 110 °C<br />
10 a 40 °C
Bombeo <strong>de</strong> Cavida<strong>de</strong>s<br />
Progresivas<br />
Marcelo Hirschfeldt - www.oilproduction.<strong>net</strong>
Bombeo <strong>de</strong> Cavida<strong>de</strong>s Progresivas (PCP)<br />
La Principal restricción en la CGSJ es el diámetro <strong><strong>de</strong>l</strong><br />
casing<br />
a partir <strong>de</strong> aquí surgieron alternativas como:<br />
• Varillas alta resistencia<br />
• Varillas huecas (hollow rod)<br />
• Varillas continuas<br />
Límite <strong>de</strong> torque máximo<br />
aproximado <strong>de</strong> una varilla<br />
Grado D 1” es <strong>de</strong> 850 lb x ft<br />
CSG: 51/2”<br />
Tubing: 27/8”<br />
Varilla: 1”<br />
Torque = K x HP / RPM
El bombeo <strong>de</strong> CP y la temperatura<br />
elastómero<br />
elast mero<br />
HNBR<br />
NBR<br />
Max<br />
temperatura<br />
según seg n<br />
catálogos cat logos<br />
[°C ]<br />
130<br />
Incremental <strong>de</strong><br />
temperatura en<br />
el centro <strong><strong>de</strong>l</strong><br />
lóbulo bulo<br />
[°C ]<br />
20<br />
90 20<br />
Delta T hasta 20 °C<br />
Posible<br />
Temperatura<br />
<strong>de</strong> fondo<br />
admisible<br />
[°C ]<br />
110<br />
70<br />
Posible profundidad<br />
máxima <strong>de</strong><br />
instalación. Con<br />
gradiente 0,0390<br />
[°C ]<br />
2821 (*)<br />
1795<br />
(*) Si bien la temp. <strong>de</strong> elastómero permitiría llegar a esta profundidad, se <strong>de</strong>bería<br />
evaluar previamente la calidad <strong>de</strong> fabricación <strong><strong>de</strong>l</strong> estator y <strong>los</strong> ajustes entre rotor<br />
y estator, ya que <strong>los</strong> mismos son muy susceptibles en estas condiciones <strong>de</strong><br />
temperatura.
Bombeo <strong>de</strong> Cavida<strong>de</strong>s Progresivas (PCP)<br />
Profundidad- m<br />
0<br />
500<br />
1.000<br />
1.500<br />
2.000<br />
2.500<br />
3.000<br />
3.500<br />
Caudal - m3/d<br />
0 100 200 300 400 500 600<br />
Bombeo <strong>mecánico</strong><br />
PCP<br />
ESP
Bombeo <strong>de</strong> Cavida<strong>de</strong>s Progresivas (PCP)<br />
Profundidad- m<br />
0<br />
500<br />
1.000<br />
1.500<br />
2.000<br />
2.500<br />
3.000<br />
3.500<br />
Caudal - m3/d<br />
0 100 200 300 400 500 600<br />
Torque = K x Hp/ RPM<br />
Gradiente geotérmico<br />
[ 0,0039 °c/m]<br />
Bombeo <strong>mecánico</strong><br />
PCP<br />
ESP<br />
Zona estimada <strong>de</strong> trabajo para<br />
varillas 1”Grado D- Torque<br />
máximo 850 lbxft<br />
+- 80 ºC<br />
Según las RPM <strong>de</strong> operación, se llega a las tensiones máximas<br />
admisibles en varillas <strong>de</strong> 1”. A<strong>de</strong>más se necesita un buen ajuste<br />
rotor-estator, asi como una alta calidad en la fabricación <strong>de</strong><br />
equipos <strong>de</strong> fondo<br />
El rango <strong>de</strong> aplicación se va incrementando (mayor caudal y<br />
profundidad) a partir <strong>de</strong> la aparición <strong>de</strong> varillas especiales y nuevos<br />
diseños <strong>de</strong> bombas y criterios <strong>de</strong> operación a RPM superiores a 500
Conclusiones<br />
El diámetro <strong>de</strong> casing mayoritario, ofrece restricciones<br />
importantes a la hora <strong>de</strong> incrementar la capacidad <strong>de</strong><br />
extracción <strong>de</strong> <strong>los</strong> <strong>sistemas</strong><br />
En BME, la aparición <strong>de</strong> roscas premium así como las varillas<br />
continuas, incrementa el rango <strong>de</strong> aplicación <strong><strong>de</strong>l</strong> sistema.<br />
También juega un papel importante las unida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> bombeo <strong>de</strong><br />
carrera larga (Hidráulicos- Rotaflex-Dynapump en el futuro)<br />
En ESP, el gran <strong>de</strong>safío lo tienen <strong>los</strong> equipos TR3 para po<strong>de</strong>r<br />
seguir aumentando su capacidad <strong>de</strong> transmitir potencia.<br />
El <strong>límite</strong> <strong>de</strong> temperatura y la confiabiidad <strong>de</strong> <strong>los</strong> motores a<br />
temperaturas elevadas empieza a aumentar con <strong>los</strong> bobinados<br />
PEEK<br />
En PCP, se comienzan a romper barreras con la aparición <strong>de</strong><br />
barras huecas y varillas continuas, y el aumento <strong>de</strong> las RPM<br />
por encima <strong>de</strong> <strong>los</strong> regímenes clásicos.<br />
Marcelo Hirschfeldt - www.oilproduction.<strong>net</strong>
Marcelo Hirschfeldt<br />
marcelo@oilproduction.<strong>net</strong><br />
www.oilproduction.<strong>net</strong><br />
Argentina