ANALISIS NODAL Y EL FLUJO EN UN SISTEMA DE PRODUCCION. MARCO A. RUIZ SERNA. Requisito Parcial para la Promocion a Profesor Asociado.

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1 ANALISIS NODAL Y EL FLUJO EN UN SISTEMA DE PRODUCCION. MARCO A. RUIZ SERNA. Requisito Parcial para la Promocion a Profesor Asociado. SIDt; Ml'UflJ.JN DEPTO. DE BTBLlOTECAS. BTBUOTECA MINAS UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE MEDELLIN FACULTAD DE MINAS DEPARTAMENTO DE RECURSOS MINERALES. UNIDAD DE PETROLEOS Y GAS NATURAL UNAL-Medellin. III~IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII I IV/

2 AGRADEC1MIENTOS. El autor expresa su especial agradecimiento a: Dora Cristina Barrientos. Su especial contribucion en el contenido grafico del texto. Miguel Angel Sierra. Su aporte en las recomendaciones para mejorar la presentacion final del texto. Abel Naranjo Agudelo. Sus discusiones y sugerencias para las correcciones finales del contenido del texto. Los Profesores de la Unidad de Petroleos y Gas Natural. Este trabajo recoge una valiosa experiencia docente y un continuo e invaluable proceso de aprendizaje de todos y cada uno de mis compaiieros de Carrera.

3 TABLA DE CONTENIDO. lntroduccion. pagina. 1 1 COMPORTAMIENTO DE FORMACIONES PRODUCTORAS CONCEPTOS ASOCIADOS CON LA RELACION DE AFLUENCIA INDICE DE PRODUCTIVIDAD CURVAS DE COMPORTAMlENTO DE AFLUENCIA Construcci6n de la Curva de Afluencia EI concepto de Dano de Formaci6n Curva de Afluencia IPR para Pozos Danados Curva de Afluencia IPR para Pozos Estimulados Calculo de la Eficiencia a Partir de Pruebas de Flujo Variaci6n de la Curva IPR con el Tiempo de Producci6n FLUJO MULTIFAsICO EN TUBERIAS CONCEPTOS DE FLUJO MONOFASICO GENERALIDADES DE FLUJO MULTIFASICO ECUACION GENERAL DE GRADIENTE DE PRESION FLUJO MULTIFASICO VERTICAL Correlaci6n de Hagedorn - Brown Regimenes de Flujo Correlaci6n de Orkiszewski Efecto de las Variables de Flujo en el Comportamiento de Flujo Vertical Comparaci6n de los Componentes de la Perdida de Presion en Tuberia Curvas de Gradiente Vertical FLUJO MULTIFASICO HORIZONTAL Correlaciones Generalizadas en Flujo MuItifasic~ Horizontal Efecto de las Variables de Producci6n en F1ujo Horizontal. 91

4 2.6 FLUJO MULTIFASICO INCLINADO Correlacion de Flanigan ANALISIS NODAL Y LA OPTIMIZACION DEL FLUJO EN UN SISTEMA DE PRODUCCION. 98 -" 3. i GENERALIDADES ANALISIS NODAL PARA SISTEMAS DE PRODUCCION SIMPLES Solucion en el Fondo del Pozo Nodo Solucion en el Cabezal del Pozo Amilisis Nodal y la Presion del Separador como Nodo Solucion El Amilisis Nodal y el Uso de la Presion Promedia del Yacirniento como Nodo Solucion ANALISIS NODAL EN SISTEMAS COMPLEJOS Amilisis Nodal y los Estranguladores de Flujo BmLIOGRAFIA. 159

5 LIST A DE T ABLAS. Tabla Pagina 1 Calculo de la Curva IPR Lineal y de Vogel, Ejemplo Comparaci6n del Modelo Lineal y de Vogel para la IPR, Ejell}plo Calculo de la curva IPR para Diferentes Eficiencias. Ejemplo Val ores de Afluencia para Diferentes Presiones de Formaci6n. Ejemplo Comparaci6n de los Valores Originales y Corregidos (HL ) 1Jl para la Correlaci6n de Hagedorn - Brown Procedimiento para Seleccionar la Ecuaci6n para el Coeficiente de Distribuci6n en el Modelo de Orkiszewski Algunos Resultados de Estudios Comparativos de las Correlaciones de Flujo Vertical 67 8 Resultados Obtenidos en Estudios Comparativos de las Correlaciones de Flujo Vertical Resultado Obtenidos al Hallar la Curva de Presiones Fluyentes en el Fondo del Pozo, Curva TPR, Ejemplo Calculos Secuenciales para un Analisis Nodal en el J:ondo del Pozo Resultados del Analisis Nodal para ei Ejemplo Analisis Nodal con Varios Tamafios de Tuberia. Ejemplo Efecto de la Eficiencia de Flujo y Tamafio de Tuberia en e) Analisis Nodal. Ejemplo Resultados del Analisis Nodal para el Ejemplo Secuencia de Pasos para un Analisis Nodal y el Uso de Sartas de Producci6n Combinadas Analisis Nodal en el Fondo y el Uso de Sarta de Tuberia Combinada. Ejemplo Analisis Nodal y Correcci6n de las Presiones por Profundidad. Ejemplo Resumen del Procedimiento para Evaluar el Efecto, sobre el Caudal, del Tamafio de Linea Resumen del Procedimiento para Encontrar el Efecto Combinado de Tamafio de Linea y Tamafio de Tuberia sobre el Caudal Analisis Nodal en el Cabezal del Pozo y ei Efecto del Tamafio de la Linea, Ejemplo

6 21. Analisis Nodal y el Uso de la Presion del Separador como Nodo Solucion. Ejemplo Analisis Nodal y el Uso de la Presion del Separador como Nodo Solucion. Ejemplo Analisis Nodal y el Efecto del Agotamiento de la Formacion sobre el Caudal. Ejemplo Analisis Nodal y la Seleccion de un Estrangulador en Superficie. Ejemplo Relaciones de Presion en Cabeza para la Seleccion de un Estrangulador en Superficie. Ejemplo AnaIisis Nodal y la Seleccion de un Estrangulador. Ejemplo

7 LISTA DE FIGURAS. Figura. pagina. Tendencia General de la Presion Fluyente, P wf, en Funcion del Caudal y para el Indice de Productividad Constante Forma General de la IPR de Vogel Forma de la Curva IPR para un Pozo Forma Recta de la Curva IPR para un Pozo de Interes Comparaci6n del Modelo Lineal y de Vogel para la IPR. Ejemplo Efecto del Dano de la Formacion sobre la Distribucion de Presion en la Zona Cercana a la Cara de la Formacion Efecto de la Estimulacion de la Formaci6n sobre la Distribucion de Presion en la zona Cercana a la Cara de la Formaci6n ~ Calculo de la Curva IPR a Diferentes Eficiencias. Ejemplo Curvas IPR para Diferentes Eficiencias y Presiones de Formacion. Ejemplo Factor de Fricci6n de Moody : ' Rugosidad Relativa en Funcion del Diametro para Tuberias Comunes Esquema General de un Tramo de Tuberia a traves del cual se Presenta Flujo Bifasico Representacion de la Direccion General de Flujo por medio del Angulo 8 que Forma con la Horizontal Factor de Fricci6n, Correlacion de Hagedorn and Brown Factor de Desfizamiento H L. Correlaci6n Hagedorn - Brown. Curva Factor de Deslizamiento H L. Correlacion Hagedorn - Brown. Curva Factor de Deslizamiento H L. Correlacion Hagedorn - Brown. Curva Comparaci6n entre Valores Corregidos y Valores Originales de (HL ) en la \}' Correfaci6n de Hagedorn and Brown ~ Regimenes de Flujo en Tuberia. '" " Diagrama de Flujo para fa Correlacion de Orkiszewski , Factor de Friccion, Correlaci6n de Orkiszewski.... ~ Rugosidad Relativa en Funcion del Diametro. Metodo Orkiszewski Variaci6n de la Presion Fluyente en el Cabezal en Funcion del Diametro de la Tuberia de Produccion , Variacion del a Presion con fa Profundidad para Diferentes Diametros de la Tuberia

8 25. Variaci6n de la Presi6n Fluyente en el cabezal, Pwh, con el aumento del Caudal Variaci6n de la Presi6n con la Profundidad para Diferentes Caudales Variaci6n de la presi6n con la profundidad para Diferentes Valores de la Densidad Liquida Comportamiento de la Presi6n con Profundidad para Diferentes Viscosidades '.:. ' Variaci6n de los Gradientes con el Aumento de la Velocidad del gas Variaci6n de los Gradientes en Flujo Multifasico con el Aumento de la Velocidad del Gas , Comportamiento del Gradiente de Presi6n con Profundidad en Flujo Multifasico Vertical Componentes de Perdidas de Presi6n en Tuberia de Producci6n Variaci6n de los Gradientes de Perdidas de Presi6n con la Profundidad Esquema del Procedimiento Utilizado para Encontrar la Presi6n de Fondo, Pwf, con la Presi6n Fluyente en el Cabezal como Informaci6n Construcci6n de la Curva TPR. Ejemplo Factor de Deslizamiento HL en Funci6n del Numero de Reynolds Bifasico y del Porcentaje Liquido (A). Correlaci6n de DuckJer Factor de Fricci6n Bifasico, Correlaci6n de DuckJer Tendencia General del Cambio de Presi6n con la Distancia para Flujo Horizontal _ Ejemplo de Curva de Gradiente Horizontal Perfil Considerado en Flujo Inclinado y por la Correlaci6n de Flanigan Correlaci6n de Flanigan para Hallar el Porcentaje de Liquido Esquema de un Sistema de Producci6n Tipico......' ~ Posiciones Nodales Tipicas Principales Caidas de Presi6n Asociadas al Flujo en un Sistema de Producci6n Posiciones Nodales Tipicas en un Sistema Simple Analisis Nodal en el Fondo de Pozo y la Forma Final de los Resultados Resultados del Analisis Nodal del Ejemplo Efecto CuaJitativo de la Presion en el Cabezal sobre el Caudal de Equilibrio Efecto Cualitativo de la Relaci6n Gas-Liquido sobre el Caudal de Equilibrio. III 50. Efecto Cualitativo del Tamafio de la Tuberia sobre el Caudal de Equilibrio Efecto Cualitativo de Variaci6n de la Curva IPR sobre el Caudal de Equilibrio Efecto Cualitativo del Efecto de Tecnlcas de Bombeo sobre el Caudal de Equilibrio Analisis Nodal y el Efecto del Tamafio de la Tuberia. Ejemplo

9 54. Efecto de la Eficiencia y Tamano de Tuberia en el Amilisis Nodal Ejemplo Forma de los Resultados de un Amilisis Nodal y el Uso de Sartas de Producci6n Combinadas Amilisis Nodal en el Fondo y el Uso de Sarta de Tuberia Combinada. Ejemplo Amllisis Nodal y Correcci6n por Profundidad de las Presiones Esquema Cualitativo de un Ancilisis Nodal en la Cabeza del Pozo Ancilisis Nodal y el Efecto del Tamano de la Linea sobre el Caudal Forma final del Ancilisis Nodal para Evaluar el Efecto Combinado de Tamano de Linea y Tamano de Tuberia sobre el Caudal Ancilisis Nodal en el Cabezal y el Efecto Simultcineo de Tamano de Linea y Presi6n del Separador. Ejemplo O. 62. Ancilisis Nodal y la Combinaci6n de Dos Lineas en Superficie Ancilisis Nodal y el U so de Lineas Paralelas en Superficie Direcci6n de los Ccilculos para el Desarrollo de un Ancilisis Nodal en ei Separador Analisis Nodal y el Efecto de la Presi6n del Separador como 1'{odo Soluci6n. Ejemplo Secuencia de los Ccilculos para Resolver una Ancilisis Nodal con Nodo Soluci6n en la Presi6n Estatica de la Formaci6n Analisis Nodal y la Presi6n Estcitica de la Formaci6n como Nodo Soluci6n. Ejemplo Variaci6n del Caudal de Equilibrio con ei Aumento del Agotamiento de la F ormaci6n. Ejemplo Sistema de Producci6n con Presencia de un Estrangulador Superficial Esquema de Flujo a Traves de un Estrangulador Montaje de Prueba para Encontrar la Relaci6n entre Flujo Mcisico y Presi6n de Salida a Traves de un Estrangulador Relaci6n entre Flujo Mcisico y Relaci6n de Presiones para el Flujo a traves de un Estrangulador Direcci6n de los CaIculos Propuestos en el Ancilisis Nodal para Encontrar el Tamano del Estrangulador Ancilisis Nodal y la Selecci6n de un Estrangulador. Ejemplo 16~ Disminuci6n del Caudal de Equilibrio con la Reducci6n del Tamano del Estrangulador. Ejemplo Ancilisis Nodal y la Selecci6n de un Estrangulador. Ejemplo Ancilisis Nodal y la Selecci6n de un Estrangulador. Ejemplo Comportamiento de la Presi6n - Caudal para el Flujo a traves de un Choke Comportamiento de Flujo Subcritico a traves de un Estrangulador Ancilisis Nodal y la Presencia de un Estrangulador con Fujo Subcritico

10 Abrevia turas. Ibs : libras pies : pies Lbf : libra-fuerza Lpc : libra - Fuerza/(pulgadas)2 Lbm : libra - masa Bbl : barril dia : dia seg : segundos BbVdia : barriles/dia Cp : centipoises pulg : pulgadas of : grado Farenheit OR : grados Ranking Pcn : pies cubicos normales Bbls : barriles Bblsn : barriles a condiciones normales of : grados Farenheit. MMPCN/dia : rnillones de pies cubicos norm ales por dia. Subindices. n o w L m g : condiciones normales : aceite : agua : liquido : mezcla : gas Unidades de Campo. Caudal RGL Presion Viscosidad Densidad Masa : BbVdia : PcnIBbln : Lpc : Cp : Ibm Ipie 3 : Ibs Temperatura : of Diametro : pies