mecánico de los sistemas de extracción n artificial en la Cuenca del Golfo San Jorge

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Soledad Sánchez Ávila
hace 5 años
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1 Análisis del límite l mecánico de los sistemas de extracción n artificial en la Cuenca del Golfo San Jorge por Marcelo Hirschfeldt OilProduction.net Jornadas de Producción IAPG Agosto de Argentina

2 Objetivos principales de esta presentación Realizar un análisis de los límites mecánicos de los principales sistemas de extracción artificial de la CGSJ Establecer una guía para futuros análisis de cada sistema Se toma como referencia la información de alrededor de 9,000 pozos (Caudal vs profundidad de instalación) Se analizará alguna de las razones de éstos límites y alguna de las mejores prácticas en la selección de materiales, nuevas tecnologías y criterios de operación. Jornadas de Producción IAPG Agosto de Argentina

3 La cuenca del Golfo San Jorge- CGSJ Argentina South America Buenos Aires GOLFO SAN JORGE BASIN Marcelo Hirschfeldt -

4 Sistemas de Extracción n Artificial en la Cuenca del Golfo San Jorge Marcelo Hirschfeldt -

5 Distribución n de los principales SEA en la CGSJ SRP 76.4 % - 9,561 PCP 12.8 % - 1,607 ESP 10,6 % - 1,323 Total 12,516 pozos con SEA Según Secretaría de Energía de la República Argentina- Abril de 2008 Marcelo Hirschfeldt -

6 Evolución n de los SEA- tasa de crecimiento anual Ene-99 Jul-99 Ene-00 Jul-00 Ene-01 Jul-01 Ene-02 Jul-02 Ene-03 Jul-03 Ene-04 Jul-04 Ene-05 Jul-05 Ene-06 Jul-06 Ene-07 Jul-07 Ene-08 Número de pozos activos Beam Pumping ESP PCP 7.1 % 8.7 % 3.6 %

7 Conceptos del levantamiento artificial P3 Q P2 P1 P= P1+ P2+ P3 HHP = Q x P Pe Pwf HHP = Potencia hidráulica requerida para elevar el fluido desde el fondo del pozo hacia la superficie

8 Elementos en un sistema de extracción Energía Caudal Prime Mover Conversor Transmisión Bomba SRP ESP eléctrico o CI eléctrico sumergible X Unidad de bombeo PCP eléctrico o CI Cabezal X X Sello Ejes Centrífuga multietapa X X X X Varillas de bombeo X Varillas de bombeo X mecánica (pistón-barril) X X Cavidades progresivas X X restringido por temperatura X restringido mecánicamente Analizado en el contexto de la CGSJ y las experiencias registradas en la misma Marcelo Hirschfeldt -

9 Restricción n principal en pozos de la Cuenca del Golfo San Jorge para los SEA Casing 5 ½ Alrededor del 97 % de los pozos BME Tubing 27/8 ESP Tubing 27/8 PCP Tubing 27/8 Varillas 1 cuplas slim hole Bombas TH Motores S456 Bombas S400 Varillas 1 cuplas slim hole Bombas con housing 4 41/2 En CGSJ, debido a las múltiples capas productivas, se suele instalar equipos por debajo de los punzados obligando a usar camisas de 41/2 y Motores S375

10 El factor temperatura Marcelo Hirschfeldt -

11 El factor temperatura - Gradiente geotérmico 180,0 160,0 Gradiente geotérmico CGSJ- C/m Temperatura - Grados C 140,0 120,0 100,0 80,0 60,0 40,0 20,0 0,0 promedio- 0,0395 perfil- 0,0353 perfil- 0,0374 perfil- 0,0384 correlación- 0,040 correlación- 0, Profundidad- m Gradientes obtenidos de perfiles con wireline, registros de sensores de fondo en bajadas de equipos PCP y correlaciones realizadas por profesionales de la cuenca

12 En resumen Las acciones que se han tomado y se siguen tomando en la CGSJ están orientadas a : Implementar nuevos diseños de instalaciones de fondo y superficie Incorporar nuevos materiales y desarrollos Adoptar distintos criterios de operación de cada sistema Marcelo Hirschfeldt -

13 Sistemas de extracción Caudal vs Prof. CGSJ Caudal - m3/d 9,000 pozos representados Profundidad- m Bombeo mecánico PCP ESP Debido a que no todos estos pozos tienen sus niveles dinámicos cerca de la bomba (condición óptima y extrema) es que se pueden encontrar equipos instalados y operando con Q y profundidad por encima de los límites recomendados

14 Bombeo Mecánico Marcelo Hirschfeldt -

15 Bombeo mecánico La Principal restricción en la CGSJ es el diámetro del casing CSG: 51/2 Tubing: 27/8 Varilla: 1 a partir de esto surgieron las siguientes alternativas: Varillas de bombeo con pin de mayor diámetro Varillas alta resistencia Varillas con uniones Premium Varillas continuas

16 Bombeo mecánico Caudal vs Prof. de instalación Caudal - m3/d Bombeo mecánico PCP ESP Profundidad- m

17 Bombeo mecánico Caudal vs Prof. de instalación Profundidad- m Caudal - m3/d Profundidad máxima limitada por la profundidad de los pozos Límite estimado de varillas Grado Bombeo mecánico D: Se toma como referencia PCP el ESP 100 % de Goodman de las varillas convencionales Límite estimado de varillas alta resistencia y pines de mayor diámetro : Se toma como referencia el 100 % Posibles aplicaciones para roscas premium y varillas continuas

18 Que se hace desde superficie? En la actualidad se están utilizando unidades de carrera larga y bajos Golpes por minuto para disminuir las cargas dinámicas. Por ejemplo unidades: 288 de carrera 4 GPM

19 Nuevas tendencias en superficie Unidades Hidráulicas nacionales Unidades Hidráulicas Dynapump Marcelo Hirschfeldt -

20 Bombeo Electrosumergible (ESP) Marcelo Hirschfeldt -

ESP Límites mecánicos Motores Comienzan a aparecer algunas limitaciones en motores S375 cuando se utilizan con camisas de 4 ½ Principalmente en la transferencia de potencia desde el motor hacia la

21 ESP Límites mecánicos Motores Comienzan a aparecer algunas limitaciones en motores S375 cuando se utilizan con camisas de 4 ½ Principalmente en la transferencia de potencia desde el motor hacia la bomba (ejes y cupling), debido a la disminución de los diámetros de los mismos. Otros elementos Sellos: Si bien la capacidad de carga axial y transmisión de potencia (eje) varía en función del diámetro del mismo (serie), no existen limitaciones que restrinjan su instalación Bombas: No se superaría la presión de los housing disponibles en el mercado No se registrarían limitaciones en Motores S456 Marcelo Hirschfeldt -

22 ESP y la temperatura Motores El límite de temperatura está dado principalmente por la resistencia a la temperatura de los aislantes de los bobinados y de algunos componentes como el pothead Max temp de alguno de los componentes del motor Incremental de temp refrigerado por 100% W Incremental de temp refrigerado por 100% oil C C C Se ha comenzado a fabricar y utilizar en la CGSJ motores con bobinados aislados con PolyEtherEtherKetone aumentando éste límite de temperatura, principalmente la confiabilidad minimizando la degradación del bobinado y del motor en si. Marcelo Hirschfeldt -

23 Bombeo Electrosumergible Caudal - m3/d Bombeo mecánico PCP ESP Profundidad- m

24 Bombeo Electrosumergible Caudal - m3/d Bombeo mecánico PCP ESP Profundidad- m Hp - posible barrera para motores TR Gradiente geotérmico [ 0,0039 c/m] Incremental de temperatura del Motor C 10 a 40 C

25 Bombeo de Cavidades Progresivas Marcelo Hirschfeldt -

Bombeo de Cavidades Progresivas (PCP) La Principal restricción en la CGSJ es el diámetro del casing CSG: 51/2 Tubing: 27/8 Varilla: 1 a partir de aquí surgieron alternativas

26 Bombeo de Cavidades Progresivas (PCP) La Principal restricción en la CGSJ es el diámetro del casing CSG: 51/2 Tubing: 27/8 Varilla: 1 a partir de aquí surgieron alternativas como: Varillas alta resistencia Varillas huecas (hollow rod) Varillas continuas Límite de torque máximo aproximado de una varilla Grado D 1 es de 850 lb x ft Torque = K x HP / RPM

El bombeo de CP y la temperatura elastómero Max temperatura según catálogos [ C ] Incremental de temperatura en el centro del lóbulo [ C ] Posible Temperatura de fondo admisible [ C ] Posible

27 El bombeo de CP y la temperatura elastómero Max temperatura según catálogos [ C ] Incremental de temperatura en el centro del lóbulo [ C ] Posible Temperatura de fondo admisible [ C ] Posible profundidad máxima de instalación. Con gradiente 0,0390 [ C ] HNBR (*) NBR Delta T hasta 20 C (*) Si bien la temp. de elastómero permitiría llegar a esta profundidad, se debería evaluar previamente la calidad de fabricación del estator y los ajustes entre rotor y estator, ya que los mismos son muy susceptibles en estas condiciones de temperatura.

28 Bombeo de Cavidades Progresivas (PCP) Caudal - m3/d Bombeo mecánico PCP ESP Profundidad- m

29 Bombeo de Cavidades Progresivas (PCP) Caudal - m3/d Profundidad- m Bombeo mecánico PCP ESP Zona estimada de trabajo para varillas 1 Grado D- Torque máximo 850 lbxft Gradiente geotérmico [ 0,0039 c/m] ºC Torque = K x Hp/ RPM Según las RPM de operación, se llega a las tensiones máximas admisibles en varillas de 1. Además se necesita un buen ajuste rotor-estator, asi como una alta calidad en la fabricación de equipos de fondo El rango de aplicación se va incrementando (mayor caudal y profundidad) a partir de la aparición de varillas especiales y nuevos diseños de bombas y criterios de operación a RPM superiores a 500

30 Conclusiones El diámetro de casing mayoritario, ofrece restricciones importantes a la hora de incrementar la capacidad de extracción de los sistemas En BME, la aparición de roscas premium así como las varillas continuas, incrementa el rango de aplicación del sistema. También juega un papel importante las unidades de bombeo de carrera larga (Hidráulicos- Rotaflex-Dynapump en el futuro) En ESP, el gran desafío lo tienen los equipos TR3 para poder seguir aumentando su capacidad de transmitir potencia. El límite de temperatura y la confiabiidad de los motores a temperaturas elevadas empieza a aumentar con los bobinados PEEK En PCP, se comienzan a romper barreras con la aparición de barras huecas y varillas continuas, y el aumento de las RPM por encima de los regímenes clásicos. Marcelo Hirschfeldt -

31 Marcelo Hirschfeldt Argentina

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