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AnAnáálisis del llisis del líímite mecmite mecáánico de los nico de los sistemas de extraccisistemas de extraccióón artificial en la n artificial en la Cuenca del Golfo San JorgeCuenca del Golfo San Jorge
por
Marcelo HirschfeldtOilProduction.net
Jornadas de Producción IAPG – Agosto de 2008- Argentina
Jornadas de Producción IAPG – Agosto de 2008- Argentina
Objetivos principales de esta presentaciObjetivos principales de esta presentacióónn
• 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.
•• RealizarRealizar un un ananáálisislisis de los de los llíímitesmites mecmecáánicosnicos de los de los principalesprincipales sistemassistemas de de extracciextraccióónn artificial de la artificial de la CGSJCGSJ
•• EstablecerEstablecer unauna guguííaa parapara futurosfuturos ananáálisislisis 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 Extraccióón Artificial en la n Artificial en la Cuenca del Golfo San JorgeCuenca del Golfo San Jorge
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DistribuciDistribucióón 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 SEASegún Secretaría de Energía de la República Argentina- Abril de 2008
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7.000
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e-99
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Núm
ero
de p
ozos
act
ivos
Beam Pumping ESP PCP
EvoluciEvolucióón 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 hidráulica requerida para elevar el fluido desde el fondo del pozo hacia la superficie
Prime Mover Conversor Transmisión Bomba
Energía Caudal
Elementos en un sistema de extracciElementos en un sistema de extraccióónn
eléctrico sumergible
Sello Ejes Centrífuga multietapa
ESPX X
X X X
PCP eléctrico o CI Cabezal Varillas de bombeo
Cavidades progresivas
X
XX X
X restringido por temperaturaX restringido mecánicamente
Analizado en el contexto de la CGSJ y las experiencias registradas en la misma
SRP eléctrico o CIUnidad de bombeo
Varillas de bombeo
mecánica (pistón-barril)
X XX
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RestricciRestriccióón 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 ½”
BME
Tubing 27/8”
Varillas 1”cuplas slim hole
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
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 temperatura El factor temperatura -- Gradiente geotGradiente geotéérmicormico
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 geotérmico CGSJ- °C/m
0,0
20,0
40,0
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0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
Profundidad- m
Tem
pera
tura
- G
rado
s C
promedio- 0,0395perfil- 0,0353perfil- 0,0374perfil- 0,0384correlación- 0,040correlación- 0,0464
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
En resumenEn resumen
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Caudal - m3/d
Prof
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Bombeo mecánicoPCPESP
Sistemas de extracciSistemas de extraccióón n –– Caudal Caudal vsvs ProfProf . CGSJ. CGSJ9,000 pozos representados9,000 pozos representados
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
Bombeo mecBombeo mecáániconico
La Principal restricción en la CGSJ es el diámetro del casing
a partir de esto surgieron las siguientes alternativas:
CSG: 51/2”
Tubing: 27/8”
Varilla: 1”
• Varillas de bombeo con pin de mayor diámetro
• Varillas alta resistencia
• Varillas con uniones Premium
• Varillas continuas
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Bombeo mecBombeo mecáánico nico –– Caudal Caudal vsvs Prof. de instalaciProf. de instalacióónn
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Bombeo mecánicoPCPESP
Bombeo mecBombeo mecáánico nico –– Caudal Caudal vsvs Prof. de instalaciProf. de instalacióónn
Profundidad máxima limitada por la profundidad de los pozos
Límite estimado de varillas Grado D: Se toma como referencia el 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
Que se hace desde superficie ?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
Nuevas tendencias en superficieNuevas tendencias en superficie
Unidades Hidráulicas nacionales
Unidades Hidráulicas Dynapump
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ESP ESP –– LLíímites mecmites mecáánicosnicos
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.
MotoresMotores
Otros elementosOtros elementosSellos: 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
No se registrarían limitaciones en Motores S456
Bombas: No se superaría la presión de los housingdisponibles en el mercado
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ESP y la temperaturaESP y la temperatura
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”
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 éste límite de temperatura, principalmente la confiabilidad minimizando la degradación del bobinado y del motor en si.
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Bombeo Bombeo ElectrosumergibleElectrosumergible
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Bombeo mecánicoPCPESP
Bombeo Bombeo ElectrosumergibleElectrosumergible
127 Hp - posible barrera para motores TR3
10 a 40 °C
Gradiente geotérmico [ 0,0039 °c/m]
Incremental de temperatura del Motor
+- 110 °C
La Principal restricción en la CGSJ es el diámetro del casing
a partir de aquí surgieron alternativas como:
CSG: 51/2”
Tubing: 27/8”
Varilla: 1”
• 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
Bombeo de Cavidades Progresivas (PCP)Bombeo de Cavidades Progresivas (PCP)
Torque = K x HP / RPM
elastelastóómeromero
Max Max temperatura temperatura
segsegúún n catcatáálogoslogos
[[°°CC ]]
Incremental de Incremental de temperatura en temperatura en
el centro del el centro del llóóbulo bulo [[°°CC ]]
Posible Posible Temperatura Temperatura
de fondo de fondo admisible admisible
[[°°CC ]]
Posible profundidad máxima de
instalación. Con gradiente 0,0390
[[°°CC ]]
HNBRNBR
2013090 20
11070
2821 (*)1795
(*) 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.
Delta T hasta 20 °C
El bombeo de CP y la temperaturaEl bombeo de CP y la temperatura
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Bombeo mecánicoPCPESP
Bombeo de Cavidades Progresivas (PCP)Bombeo de Cavidades Progresivas (PCP)
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1.500
2.000
2.500
3.000
3.500
0 100 200 300 400 500 600
Caudal - m3/d
Prof
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Bombeo mecánicoPCPESP
+- 80 ºC
Bombeo de Cavidades Progresivas (PCP)Bombeo de Cavidades Progresivas (PCP)
Gradiente geotérmico [ 0,0039 °c/m]
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
Zona estimada de trabajo para varillas 1”Grado D- Torque
máximo 850 lbxft
Torque = K x Hp/ RPMEl 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
ConclusionesEl 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.
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