AnAnlisis del llisis del lmite mecmite mecnico de los nico de los sistemas de extraccisistemas de extraccin artificial en la n artificial en la Cuenca del Golfo San JorgeCuenca del Golfo San Jorge
por
Marcelo HirschfeldtOilProduction.net
Jornadas de Produccin IAPG Agosto de 2008- Argentina
Jornadas de Produccin IAPG Agosto de 2008- Argentina
Objetivos principales de esta presentaciObjetivos principales de esta presentacinn
Se toma como referencia la informacin de alrededor de 9,000 pozos (Caudal vs profundidad de instalacin)
Se analizar alguna de las razones de stos lmites y alguna de las mejores prcticas en la seleccin de materiales, nuevas tecnologas y criterios de operacin.
RealizarRealizar un un ananlisislisis de los de los llmitesmites mecmecnicosnicos de los de los principalesprincipales sistemassistemas de de extracciextraccinn artificial de la artificial de la CGSJCGSJ
EstablecerEstablecer unauna guguaa parapara futurosfuturos ananlisislisis de de cadacadasistemasistema
SouthSouthAmericaAmerica
ArgentinaArgentina
Buenos AiresBuenos Aires
GOLFO SAN JORGE GOLFO SAN JORGE BASINBASIN
La cuenca del Golfo San JorgeLa cuenca del Golfo San Jorge-- CGSJCGSJ
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Sistemas de ExtracciSistemas de Extraccin Artificial en la n Artificial en la Cuenca del Golfo San JorgeCuenca del Golfo San Jorge
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DistribuciDistribucin de los principales SEA en la CGSJn de los principales SEA en la CGSJ
SRPSRP 76.4 %76.4 % -- 9,5619,561
PCPPCP 12.8 %12.8 % -- 1,6071,607
ESPESP 10,6 %10,6 % -- 1,3231,323
TotalTotal 12,516 12,516 pozos con SEASegn Secretara de Energa de la Repblica Argentina- Abril de 2008
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7.000
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Beam Pumping ESP PCP
EvoluciEvolucin de los SEAn de los SEA-- tasa de crecimiento anualtasa de crecimiento anual
7.1 %
8.7 %
3.6 %
Conceptos del levantamiento artificialConceptos del levantamiento artificial
Q
PwfPe
P2
P1
P3
HHP = Q x P
P= P1+ P2+ P3
HHP = Potencia hidrulica requerida para elevar el fluido desde el fondo del pozo hacia la superficie
Prime Mover Conversor Transmisin Bomba
Energa Caudal
Elementos en un sistema de extracciElementos en un sistema de extraccinn
elctrico sumergible
Sello Ejes Centrfuga multietapa
ESPX X
X X X
PCP elctrico o CI CabezalVarillas de bombeo
Cavidades progresivas
X
XX X
X restringido por temperaturaX restringido mecnicamente
Analizado en el contexto de la CGSJ y las experiencias registradas en la misma
SRP elctrico o CIUnidad de bombeo
Varillas de bombeo
mecnica (pistn-barril)
X XX
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RestricciRestriccin principal en pozos de la Cuenca del Golfo San n principal en pozos de la Cuenca del Golfo San Jorge para los SEAJorge para los SEA
Casing 5
BME
Tubing 27/8
Varillas 1cuplas slim hole
En CGSJ, debido a las mltiples capas productivas, se suele instalar equipos por debajo de los punzados obligando a usar camisas de 41/2 y Motores S375
Bombas TH
ESP
Tubing 27/8
Motores S456
Bombas S400
PCP
Tubing 27/8
Varillas 1 cuplasslim hole
Bombas con housing 4 41/2
Alrededor del 97 % de los pozos
El factor temperaturaEl factor temperatura
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El factor temperatura El factor temperatura -- Gradiente geotGradiente geotrmicormico
Gradientes obtenidos de perfiles con wireline, registros de sensores de fondo en bajadas de equipos PCP y correlaciones realizadas por profesionales de la cuenca
Gradiente geotrmico CGSJ- C/m
0,0
20,0
40,0
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Profundidad- m
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G
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C
promedio- 0,0395perfil- 0,0353perfil- 0,0374perfil- 0,0384correlacin- 0,040correlacin- 0,0464
Las acciones que se han tomado y se siguen tomando en la CGSJ estn
orientadas a :
Implementar nuevos diseos de instalaciones de fondo y superficie
Incorporar nuevos materiales y desarrollos
Adoptar distintos criterios de operacin de cada sistema
En resumenEn resumen
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0500
1.000
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Bombeo mecnicoPCPESP
Sistemas de extracciSistemas de extraccin n Caudal Caudal vsvs ProfProf . CGSJ. CGSJ9,000 pozos representados9,000 pozos representados
Debido a que no todos estos pozos tienen sus niveles dinmicos cerca de la bomba (condicin ptima y extrema) es que se pueden encontrar equipos instalados y operando con Q y profundidad por encima de los lmites recomendados
Bombeo Mecnico
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Bombeo mecBombeo mecniconico
9 La Principal restriccin en la CGSJ es el dimetro del casing
9 a partir de esto surgieron las siguientes alternativas:
9 CSG: 51/29 Tubing: 27/89 Varilla: 1
Varillas de bombeo con pin de mayor dimetro
Varillas alta resistencia
Varillas con uniones Premium
Varillas continuas
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Bombeo mecnicoPCPESP
Bombeo mecBombeo mecnico nico Caudal Caudal vsvs Prof. de instalaciProf. de instalacinn
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Bombeo mecnicoPCPESP
Bombeo mecBombeo mecnico nico Caudal Caudal vsvs Prof. de instalaciProf. de instalacinn
Profundidad mxima limitada por la profundidad de los pozos
Lmite estimado de varillas Grado D: Se toma como referencia el 100 % de Goodman de las varillas convencionales
Lmite estimado de varillas alta resistencia y pines de mayor dimetro : Se toma como referencia el 100 %
Posibles aplicaciones para roscas premium y varillas continuas
Que se hace desde superficie ?Que se hace desde superficie ?
9 En la actualidad se estn utilizando unidades de carrera larga y bajos Golpes por minuto para disminuir las cargas dinmicas.
9 Por ejemplo unidades:9 288 de carrera9 4 GPM
Nuevas tendencias en superficieNuevas tendencias en superficie
Unidades Hidrulicas nacionales
Unidades Hidrulicas Dynapump
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Bombeo Electrosumergible (ESP)
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ESP ESP LLmites mecmites mecnicosnicos
9 Comienzan a aparecer algunas limitaciones en motores S375 cuando se utilizan con camisas de 4
9 Principalmente en la transferencia de potencia desde el motor hacia la bomba (ejes y cupling), debido a la disminucin de los dimetros de los mismos.
MotoresMotores
Otros elementosOtros elementos9 Sellos: Si bien la capacidad de carga axial y transmisin de potencia (eje) vara en funcin del dimetro del mismo (serie), no existen limitaciones que restrinjan su instalacin
9 No se registraran limitaciones en Motores S456
9 Bombas: No se superara la presin de los housingdisponibles en el mercado
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ESP y la temperaturaESP y la temperatura
9 El lmite de temperatura est dado principalmente por la resistencia a la temperatura de los aislantes de los bobinados y de algunos componentes como el pothead
MotoresMotores
Max Max temptemp de de alguno de los alguno de los componentes componentes
del motordel motor
Incremental de Incremental de temptemp refrigerado refrigerado
por 100% Wpor 100% W
Incremental de Incremental de temptemp
refrigerado por refrigerado por 100% oil100% oil
170-200 C + 35-40 C+ 10-15 C
Se ha comenzado a fabricar y utilizar en la CGSJ motores con bobinados aislados con PolyEtherEtherKetone aumentando ste lmite de temperatura, principalmente la confiabilidad minimizando la degradacin del bobinado y del motor en si.
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Bombeo mecnicoPCPESP
Bombeo Bombeo ElectrosumergibleElectrosumergible
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Caudal - m3/d
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Bombeo mecnicoPCPESP
Bombeo Bombeo ElectrosumergibleElectrosumergible
127 Hp - posible barrera para motores TR3
10 a 40 C
Gradiente geotrmico [ 0,0039 c/m]
Incremental de temperatura del Motor
+- 110 C
Bombeo de Cavidades Progresivas
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9 La Principal restriccin en la CGSJ es el dimetro del casing
9 a partir de aqu surgieron alternativas como:
9 CSG: 51/29 Tubing: 27/89 Varilla: 1
Varillas alta resistencia
Varillas huecas (hollow rod)
Varillas continuas
Lmite de torque mximo aproximado de una varilla
Grado D 1 es de 850 lb x ft
Bombeo de Cavidades Progresivas (PCP)Bombeo de Cavidades Progresivas (PCP)
Torque = K x HP / RPM
elastelastmeromero
Max Max temperatura temperatura
segsegn n catcatlogoslogos
[[CC ]]
Incremental de Incremental de temperatura en temperatura en
el centro del el centro del llbulo bulo [[CC ]]
Posible Posible Temperatura Temperatura
de fondo de fondo admisible admisible
[[CC ]]
Posible profundidad mxima de
instalacin. Con gradiente 0,0390
[[CC ]]
HNBRNBR
2013090 20
11070
2821 (*)1795
(*) Si bien la temp. de elastmero permitira llegar a esta profundidad, se debera evaluar previamente la calidad de fabricacin del estator y los ajustes entre rotor y estator, ya que los mismos son muy susceptibles en estas condiciones de temperatura.
Delta T hasta 20 C
El bombeo de CP y la temperaturaEl bombeo de CP y la temperatura
0500
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1.500
2.000
2.500
3.000
3.500
0 100 200 300 400 500 600
Caudal - m3/d
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Bombeo mecnicoPCPESP
Bombeo de Cavidades Progresivas (PCP)Bombeo de Cavidades Progresivas (PCP)
0500
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000
3.500
0 100 200 300 400 500 600
Caudal - m3/d
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Bombeo mecnicoPCPESP
+- 80 C
Bombeo de Cavidades Progresivas (PCP)Bombeo de Cavidades Progresivas (PCP)
Gradiente geotrmico [ 0,0039 c/m]
Segn las RPM de operacin, se llega a las tensiones mximas admisibles en varillas de 1. Adems se necesita un buen ajuste rotor-estator, asi como una alta calidad en la fabricacin de equipos de fondo
Zona estimada de trabajo para varillas 1Grado D- Torque
mximo 850 lbxft
Torque = K x Hp/ RPMEl rango de aplicacin se va incrementando (mayor caudal y profundidad) a partir de la aparicin de varillas especiales y nuevos diseos de bombas y criterios de operacin a RPM superiores a 500
Conclusiones9 El dimetro de casing mayoritario, ofrece restricciones importantes a la hora de incrementar la capacidad de extraccin de los sistemas
9 En BME, la aparicin de roscas premium as como las varillas continuas, incrementa el rango de aplicacin del sistema. Tambin juega un papel importante las unidades de bombeo de carrera larga (Hidrulicos- Rotaflex-Dynapump en el futuro)
9 En ESP, el gran desafo lo tienen los equipos TR3 para poder seguir aumentando su capacidad de transmitir potencia.
9 El lmite de temperatura y la confiabiidad de los motores a temperaturas elevadas empieza a aumentar con los bobinados PEEK9 En PCP, se comienzan a romper barreras con la aparicin de barras huecas y varillas continuas, y el aumento de las RPM por encima de los regmenes clsicos.
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