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LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL POR GAS (LAG)
INTRODUCCION:
El Levantamiento Artificial por Gas es uno de los métodos mas utilizados a nivel
mundial para el levantamiento de la producción en pozos petroleros. Aplicado para
pozos de alta presión de gas
Es un método mediante el cual se inyecta gas a alta presión n la columna de fluidos
para su levantamiento desde el subsuelo hasta la superficie.
Consiste en inyectar gas a presión en la tubería para alivianar la columna de
petróleo y hacerlo llegar a la superficie. Se debe inyectar gas dentro del pozo en el
espacio entre el casing y el tubing.
La inyección de gas se hace en varios sitios de la tubería a través de válvulas
reguladas que abren y cierran al gas automáticamente.
Este procedimiento se suele comenzar a aplicar antes de que la producción natural
cese completamente.
CONDICION GAS LIFTProfundidad de operación Hasta 15000 TVDVolumen de operación 20 – 30 MSTBDTemperatura de operación 0 – 400 ºFCorrosión ExcelenteManejo de sólidos ExcelenteGravedad de fluido >15 º APIAngulo del pozo 0 – 70 º radio de mediano a pequeñoFlexibilidad del sistema de potencia Excelente
VENTAJAS
Cuando hay suficiente presión de inyección y volumen de gas disponible, el
gas lift es el mejor método a implementar.
Es recomendable en pozos altamente desviados, que producen arena y
tienen alto GOR,
Las válvulas pueden ser remplazadas sin necesidad de matar el pozo o de
sacar el tubing.
El equipo de pozo es relativamente económico y los costos de operación son
menores
Este equipo posee pocas partes móviles.
Opera bajo un amplio margen de tasas de producción sin necesidad de
cambios en el equipo de subsuelo.
LIMITACIONES
Cuando no hay suficiente información acerca de las fuentes de gas.
Cuando existe alto espaciamiento de pozos.
Cuando hay poco espacio disponible para los compresores en plataformas.
No es recomendable en campos con pocos pozos.
Otras limitaciones son cuando se tiene un casing muy viejo, gas ácido y
pequeños ID en las líneas de flujo.
COMPONENTES DE UN SISTEMA DE LEVANTAMIENTO DE GAS
Fuente de Gas a alta Presión
Líneas de distribución.
Controles de superficie
Equipo de Levantamiento artificial para subsuelo y otros.
Líneas de Flujo
Equipos de Separación.
Tanques de Recolección
MECANISMO DE OPERACIÓN DEL LAG
La secuencia es la siguiente:
El gas proveniente de las plantas de compresión de alta presión es bombeado por
el espacio anular con presiones y volúmenes calculados en el diseño. El gas
inyectado llega a la primera válvula del LAG que está instalada como parte de la
columna de producción en esta altura origina su apertura ingresa a la tubería, se
mezcla con el petróleo originando el fenómeno de gas en solución, se incrementa la
presión hidrostática, se incrementa en este sector la presión fluyente por cuyo
efecto se presenta el arranque de la mezcla del fluido desde el área de influencia de
la primera válvula hacia arriba. Cuando la masa llega a la superficie la presión
interna en la tubería se hace igual a la presión interna en el espacio anular, en ese
instante se equilibran ambas presiones y se origina el cierre de la primera válvula
que es denominado válvula de arranque
El gas en el espacio anular continúa circulando hacia
abajo, hasta alcanzar la segunda válvula, se repite el
fenómeno y el efecto de gas en solución, se igualan las
presiones de la tubería y el espacio anular y se cierra la
segunda válvula. La operación continúa sucesivamente
hasta alcanzar a la válvula en, cuya altura de ubicación
es calculada en el diseño en función a las alturas de
ubicación de las válvulas sucesivas superiores
Cuando el gas llega a la válvula n que es denominada válvula operadora ingresa a la
tubería con volúmenes y presiones de inyección finales constantes de acuerdo a lo
calculado en el programa de aplicación. Cuando esto ocurre la única válvula que
permanece abierta durante todo el tiempo de operación de Gas Lift es la válvula
operadora por lo que su selección debe efectuarse en función a las presiones
finales, volúmenes finales para garantizar su funcionamiento permanente con el
objeto de bombear los volúmenes de petróleo calculados y que esta en función a
las características del reservorio en cuanto se refiere a sus presiones dominantes.
Efecto del gas en la TP
Reducción de la densidad de la columna de fluidos
Expansión del gas conforme las condiciones de presión cambian a lo largo de la profundidad
Empuje de baches de líquido cuando las burbujas son suficientemente grandes para llenar el diámetro interno de la TP.
TIPOS DE LAG: Existen dos tipos básicos de levantamiento artificial por gas:
LAG Continuo: Es donde se inyecta gas en
forma continúa en la columna de fluido para
levantarla bajo condiciones de flujo continuo.
Se utiliza en pozos con alta a mediana energía
(presiones estáticas mayores a 150 lpc/1000
pies.. )
LAG Intermitente: Es donde se inyecta gas en
forma cíclica en la columna de fluido para levantarla en flujo intermitente,
es decir, en forma de tapones de líquido.
Aplica en pozos de mediana a baja energía presiones estáticas menores 150
lpc/1000 pies
LAG CONTINUO: que se clasifica en los siguientes tipos:
Gas Lift a flujo abierto.
Gas Lift a flujo semi cerrado.
Gas Lift a flujo cerrado.
Tipo de diseño: para el caso de flujo continuo se utiliza la inyección controlada de gas
En un pozo con flujo natural, cuando el fluido viaja hacia la superficie, la presión de
la columna de fluido se reduce, el gas se libera de la solución y el gas libre se
expande. El gas, siendo más ligero que el aceite, lo desplaza, reduciendo la
densidad del fluido y el peso de la columna de fluido sobre la formación. Esta
reducción del peso de la columna del fluido produce que la presión diferencial
entre el pozo y el yacimiento ocasione en flujo en el pozo.
Reseña del LAG Continuo
Al inicio del siglo antepasado, se utilizó el aire como fuente del LAG, pero debido a
los problemas de corrosión y al peligro potencial de una explosión por las mezclas
de gases formados, se opto por utilizar gas natural. Actualmente el gas natural
continúa siendo la fuente principal del LAG a pesar de que se ha utilizado el
nitrógeno en algunos casos. En ciertas ocasiones se ha mal interpretado el
concepto del gas utilizado para LAGA, suponiendo que el volumen comprimido
diariamente para este fin, es acumulado durante todo el año; lo cual es incorrecto,
ya que este volumen solo se recircula durante la vida del proyecto, por lo que la
operación del bombeo neumático no requiere de excedentes de gas.
Carl Emamanuel Loschers (Ingeniero Minero Alemán) aplicó aire como un
medio para elevar líquido en experimentos de laboratorio en 1797.
La primera aplicación práctica del LAG Continuo con aire fue en 1846,
cuando un americano llamado Crockford produjo aceite en algunos pozos
de Pennsylvania.
La primera patente en Estados Unidos para Bombeo Neumático con gas,
llamado “eyector de aceite” fue otorgado a A. Brear en 1865.
1864-1900: En este periodo se produce mediante la inyección de aire
comprimido a través del espacio anular o de la tubería de producción.
Empleando este método, varias minas inundadas fueron desalojadas.
1900-1929: Se suscita el “boom” del empleo de aire en el área de la costa
del golfo para el BNC.
1929-1945: En este periodo se otorgan patentes a cerca de 25,000 válvulas
de flujo diferentes. Se presentan gastos más eficientes, causados por el
desarrollo de estas válvulas. Ya se emplea el gas natural como gas de BNC
1945 al presente: Desde el fin de la segunda guerra mundial las válvulas
operadas por presión han reemplazado prácticamente a todos los demás
tipos de válvulas de Bombeo Neumático.
1957: Introducción de válvulas de Bombeo Neumático recuperables con
línea de acero.
1980. Inyección con Nitrógeno y válvulas eléctricas.
1990. BNC con tubería flexible y motocompresores a boca de pozo
(México).
Ventajas de LAG
Pocos problemas al manejar gran volumen de sólidos Manejo de grandes volúmenes en pozos con alto IP Muy flexible para cambiar de continuo a intermitente Discreto en localizaciones urbanas Fuente de poder ubicable, alejado de la localización Sin dificultad para operar pozos con alta RGL Reacondicionamientos con unidad de “Wireline” Opera en pozos con terminaciones desviadas La corrosión usualmente no es adversa
Desventajas del LAG
Disponibilidad del gas de inyección Dificultad para manejar emulsiones Formación de hidratos y congelamiento del gas Problemas con líneas de superficie obstruidas Experiencia mínima necesaria del personal La TR debe de resistir presiones elevadas
Factores que afectan al BNC
Presión en la tubería de revestimiento y línea de descarga
Profundidad de inyección
Tamaño de la TR, TP
Profundidad, presión y temperatura del yacimiento
Índice de Productividad del pozo
% de agua
Rs y gas libre en el fluido producido
Presión de separación
Desviación del pozo
Para el diseño del aparejo de válvulas de flujo continuo se toman en cuenta las
siguientes condiciones:
Profundidad del intervalo productor.
Diámetro de la tubería de producción.
Diámetro de la tubería de revestimiento.
Presión de gas disponible.
Volumen de gas disponible.
Volumen de fluido por recuperar.
Gradiente de presión estática.
Gradiente de presión fluyendo.
LAG INTERMITENTE: se clasifica en los siguientes tipos
Gas Lift a flujo semi cerrado.
Gas Lift a flujo cerrado
Tipo de diseño: utiliza flujo bache.
Mecanismos de levantamiento
Desplazamiento ascendente de tapones de líquido por la inyección de grandes
caudales instantáneos de gas por debajo del tapón de líquido. Expansión del gas
inyectado la cual empuja al tapón de líquido
Subtipos de LAG intermitente
Existen tres subtipos de LAG
intermitente:
LAG intermitente
convencional.
LAG intermitente con
cámara de acumulación.
LAG intermitente con
pistón metálico
COMPONENTES DE UN SISTEMA INTERMITENTE
Fuente de gas de alta presión.
Tuberías de distribución de Alta presión de gas.
Controladores de gas en la superficie
Válvulas de gas para levantamiento y otros equipos de subsuelo.
Líneas de Flujo.
Separadores y facilidades de almacenamiento.
VÁLVULAS EN SISTEMA INTERMITENTE
Válvula cargada con Nitrógeno.
Válvula de flujo Sensitivo
MECANISMOS PARA VÁLVULAS: La válvula de Levantamiento Artificial por Gas es básicamente un regulador de presión
Balanceada con Presión. Balanceada con Resorte
• Componentes de las válvulas de BN
Una válvula de BN está compuesta de:
Cuerpo de la válvula
Elemento de carga (resorte, gas o una combinación de ambos)
Elemento de respuesta a una presión (fuelle de metal, pistón o diafragma de
hule)
Elemento de transmisión (diafragma de hule o vástago de metal)
Elemento medidor (orificio o asiento)
Clasificación de las válvulas de LAG
En el pozo, la válvula está expuesta a dos presiones que controlan su operación. Una
fuente de presión esta localizada en la tubería y la otra en el revestidor. De acuerdo con
la modalidad de sistema LAG, es posible tener válvulas para LAGC y LAGI.
En LAGC, dependiendo de la construcción interna, se tienen dos tipos:
Válvula operada por presión (VOP)
Válvula operada por fluido (VOF)
En LAGI se tienen:
Válvula piloto
Consideraciones teóricas previas al diseño del LAG
Comportamiento de afluencia de formaciones productoras
Gradiente dinámico de temperatura (Gráfico de Kirpatrick–Winkler y
Correlación de Zimmerman).
Comportamiento del flujo multifásico en tuberías
Gradiente de gas en el anular
Flujo de gas a través de orificios
