Introducción
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En esta oportunidad quiero abrir una serie temática que llevara por nombre ”Producción de los hidrocarburos”, en este artículo explicare todo lo relacionado a poder identificar cuándo un pozo de petróleo puede producir petróleo por flujo natural.
Vídeo introductorio: Producción de los hidrocarburos. Producción por flujo natural
¿Qué significa que un pozo pueda producir petróleo por flujo natural?
Primero que nada es necesario realizar una descripción en forma generalizada de las etapas por las que se tiene que pasar antes de que el pozo pueda producir petróleo, primeramente se tienen que realizar las actividades de exploración, una vez que hemos que tenemos certeza de que en algún lugar podemos encontrar petróleo entonces se inician las labores de perforación exploratoria, se le llama perforación exploratoria porque cuando se realizan las actividades de perforación de un área en la que no se tiene certeza de encontrar petróleo se considera que es de carácter exploratoria.
Si el pozo que se está perforando tiene petróleo entonces se considera que ese campo petrolero deja ser exploratorio para convertirse en un campo en desarrollo, cuando la perforación de un pozo petrolero logra alcanzar la longitud de la profundidad total entonces se baja al pozo una serie de equipos denominados equipos de completación que son una serie de accesorios como niples, válvulas, mangas de circulación, empacaduras, entre otros accesorios más.
Una vez que ya el pozo esta completado, resulta necesario cañonearlo, para ello se baja una sarta de cañones al pozo a la profundidad en donde se tiene la seguridad está el intervalo de formación productora, en ese punto se disparan los cañones, todo con la intención de perforar el revestidor, el cemento y la formación, para que de esta manera el fluido que está contenido en la formación (petróleo + gas) pueda migrar desde el fondo del pozo hasta la superficie.
El petróleo que se encuentra en la formación puede tener la energía suficiente como para poder fluir por sí solo, es decir fluir con la presión propia que puede tener el mismo yacimiento petrolífero para empujar ese petróleo desde la formación hasta la superficie. La presión con la que se empuje el petróleo desde la formación hasta la superficie la puede suministrar cualquier mecanismo de producción, entre estos están:
[1] Capa de gas: puede existir una capar de gas que esté por encima del yacimiento productor, y este gas vaya liberando presión para que el petróleo puede migrar y salir hasta la superficie.
[2] Acuífero de agua: puede existir también un acuífero de agua que este por debajo del yacimiento productor que empuje el petróleo hasta la superficie.
Existen muchos mecanismos más que proporcionan energía al yacimiento productor para que este produzca petróleo por flujo natural, sin embargo solo quise mencionar el de la capa de gas y el del acuífero de agua por citar solo ejemplos ya que no son puntos del tema en sí, ahora teniendo en cuenta que cualquiera de estos mecanismos puede agotarse, entonces es bajo este punto donde resulta necesario sacar bien las cuentas que nos lleva a saber discernir cuando un pozo de petróleo puede producir por flujo natural, es decir por la presión que le suministra el mismo yacimiento productor mediante los mecanismos de producción existentes.
Si bien es cierto que en la primera etapa en la que un pozo de petróleo puede estar produciendo petróleo y/o gas natural, casi siempre la energía del yacimiento resulta ser la suficiente para levantar una producción de petróleo (barriles) desde el fondo del pozo hasta la estación de flujo en la superficie.
Finalmente para responder la pregunta referida al significado de que un pozo pueda producir por flujo natural es que el pozo produce petróleo por la energía que le suministra el mismo yacimiento sin necesidad de aplicar ningún método de levantamiento artificial. Sabiendo ahora esto, surge otra interrogante:
¿Cómo saber si el pozo que se ha perforado puede producir por flujo natural o que necesita de algún método de levantamiento artificial?
Para responder a esta interrogante es necesario analizar el aporte del pozo como la tasa de producción diaria que a la final viene siendo el resultado de un perfecto balance de energía entre el aporte del yacimiento y la demanda de energía del pozo conjuntamente con las facilidades de superficie: líneas de flujo, múltiple, separador, entre otros más.
Para que se entienda de una forma más sencillo podemos decir que, para que un pozo pueda producir petróleo por si solo es necesario realizar un gráfico de oferta y demanda, en donde lo que el pozo oferta es presión necesaria para poder poner barriles de petróleo en superficie, y la demanda hacia el pozo será todas las facilidades de superficie que la presión que aporta el pozo debe vencer para poder producir por flujo natural.
Básicamente en el presente artículo me centrare en explicar dos puntos muy importantes que nos ayudan a comprender mejor cuando un pozo de petróleo puede producir por flujo natural, estos son:
[1] Explicar cómo se da el proceso de producción de un pozo de petróleo.
[2] Explicar el balance de energía en un pozo de petróleo mediante las curvas de oferta y demanda para poder saber si puede producir por flujo natural.
Proceso de producción de un pozo de petróleo
Es importante primero que nada poder definir lo que sería el radio externo de drenaje del yacimiento productor, ya que desde allí es que empiezan a moverse los hidrocarburos hacia las vecindades del pozo. Entonces pudiéramos decir que el proceso de producción de los hidrocarburos empieza desde el momento que inicia el movimiento de los hidrocarburos desde el radio externo de drenaje en el yacimiento hasta llegar al separador de producción que se encuentra ubicado en la estación de flujo.
En la imagen mostrada se puede identificar perfectamente el recorrido que hace el hidrocarburo desde el yacimiento, pasando por donde los elementos de la completación del pozo, siguiendo por el pozo, pasar por la línea de flujo superficial hasta llegar al separador.
Ahora bien, es importante que para este proceso de producción de los hidrocarburos se pueda explicar correctamente, se deben comprender todas las presiones que están involucradas en todo este proceso de movilización del petróleo y/o gas natural desde el yacimiento hasta el separador. Para entender todo este proceso del transporte de fluidos desde el yacimiento hasta el separador, debemos de marcar dos puntos, uno inicial y otro final, en este sentido debe existir una presión inicial con la que se inicia el movimiento de los hidrocarburos, y otra presión en el punto final que es la forma en la que llegan los fluidos a su destino final. En este caso el punto inicial será en el yacimiento, y el punto final será en el separador.
La presión inicial con la que se inicia el movimiento del hidrocarburo en el yacimiento se va a denominar presión estática del yacimiento (Pws).
La presión final se va a dar en el punto en donde se entrega el hidrocarburo al separador, a esta presión la vamos a denominar presión del separador en la estación de flujo (Psep).
Para entender de manera clara si los hidrocarburo pueden llegar desde el yacimiento hasta el separador sin ningún tipo de problemas, resulta necesario aplicar un balance de energía, para ello es muy importante que nos podamos nutrir de los principios básicos de la mecánica de fluidos en lo concerniente a la ecuación de Bernoulli y las pérdidas de presión por fricción y accesorios, por lo que a resumidas cuenta podremos calcular dicho balance de energía, este balance de energía va hacer igual a la pérdida total (Pws –Psep), al mismo tiempo está perdida total va hacer igual a las pérdidas de energía en forma de presión en cada componente, todo esto se resume en la siguiente expresión:
De este balance de energía también es importante destacar como puntos importantes que, la pérdida de energía en forma de presión en cada uno de los componentes como por ejemplo el separador, los componentes de la completación, la tubería de producción y demás accesorios del pozo más los accesorios de la línea de flujo superficial va a depender de las características propias de cada componente, ya que por ejemplo no todos los componentes cumplen la misma función, no todos los componentes tienen el mismo tamaño entre otras características más. Otra característica de la que va a depender las pérdidas de energía es las características de los fluidos producidos, por ejemplo de la relación agua-petróleo, de la relación del gas disuelto en el petróleo, de los grados API del petróleo, de la proporción de sedimentos encontrados en el petróleo.
Finalmente se puede concluir que la capacidad de aporte del yacimiento va a depender de la capacidad con la que se producen los hidrocarburos de parte del yacimiento y de la demanda de energía que proporciona las facilidades de superficie y los accesorios de la completación y el pozo en general.
Balance de energía en un pozo de petróleo mediante las curvas de oferta y demanda
De forma tradicional el balance de energía en un pozo de petróleo siempre se realizaba en el fondo del pozo, sin embargo debido a los adelantos tecnológicos en función de nuevos simuladores empleados en el proceso de producción, se permite que se pueda establecer balances de energías en otros puntos (nodos) de la trayectoria del proceso de transporte de flujo por algunos componentes como: cabezal del pozo, separador, entre otros.
Para poder realizar el balance de energía en cualquier punto de la trayectoria (nodo) se asumen convenientemente varias tasas de flujo y para cada una de esas tasas de flujo se determina la presión con que el yacimiento entrega dicho caudal de fluido al nodo, y también se calcula la presión requerida en la salida del nodo para transportar y entregar dicho caudal en el separador con una presión remanente igual a la presión del separador.
Vídeo: Ejemplo de balance de energía utilizando como nodo el cabezal del pozo
La representación gráfica de la presión de llegada de los fluidos como petróleo y/o gas natural al punto de entrega (nodo) en función del caudal o tasa de producción se denomina Curva de oferta de energía o de fluidos del yacimiento (Inflow Curve), por otro lado la representación gráfica de la presión requerida a la salida del nodo en función del caudal de producción se denomina curva de demanda de energía o de fluidos de la instalación (Outflow Curve).
Realizando una sola representación gráfica estaríamos hablando del gráfico de oferta y demanda en el balance de energía del aporte del yacimiento y la presión que demanda todas las líneas de producción, la completación y el separador.
El gráfico de oferta y demanda la podemos apreciar en la siguiente imagen:
En la imagen anterior podemos ver básicamente dos curvas, una de ellas es la curva de color verde que es la curva de demanda, que se construye en base a la presión de fondo fluyente en el pozo versus el caudal de aporte del yacimiento.
Simultáneamente podemos ver la curva de color azul como la curva de oferta, que básicamente se construye en base a los valores de la presión estática del yacimiento versus el máximo valor de caudal de aporte del yacimiento.
Para mayor entendimiento y comprensión de la curva de oferta y demanda en el análisis de si un pozo de petróleo puede producir por flujo natural les invito a la visualización del siguiente recurso audiovisual:
Vídeo: Balance de energía mediante el gráfico de oferta y demanda
Conclusión y aportes en esta publicación
Es importante para la producción de hidrocarburos poder determinar si un pozo puede producir naturalmente, es decir por flujo natural, ya que en el caso de ser afirmativo no resultaría necesario generar gastos adicionales en diseñar un método de levantamiento artificial ya que el pozo puede producir por la energía que le proporciona el mismo yacimiento.
La forma en cómo podemos saber si un pozo puede producir por flujo natural es a través de la curva de oferta y demanda del balance de energía, entre las posibles las opciones del gráfico de oferta y demanda está:
[1] Si el gráfico representa la intersección de las dos curvas, tanto la demanda como lo de la oferta significa que el pozo podrá producir por flujo natural, sin embargo esta es una condición que no perdurar eternamente, por eso les puedo decir por experiencia propia que cundo se completaban los pozos que se perforaron en mi gestión como ingeniero de operaciones, dichos pozos podían producir por flujo natural, sin embargo en dichos pozos se bajaban bombas electrosumergibles, dado que cuando la presión de aporte del yacimiento declinara a dicha demanda de igual manera había que entrar al pozo y bajar una bomba electrosumergible que genera gastos adicionales.
[2] En el caso de que en el gráfico de las curvas de oferta y demanda no se intercepte significa que la oferta (aporte de barriles) está por debajo de la demanda (presión de demanda), en caso que de esto ocurra entonces resulta necesario que el ingeniero de producción diseñe algún método de levantamiento artificial para dicho pozo que no logre producir por flujo natural.
En términos de ingeniería este artículo tiene un aporte muy importante, ya que el sistema en el proceso de producción de un pozo de petróleo junto con la correcta interpretación en el balance de energía proporciona la base fundamental para diseñar los métodos de levantamiento artificial en caso de que se pueda deducir que determinado pozo de petróleo no pueda producir por flujo natural.
Referencia consultada y recomendada
[1] Producción II: Flujo natural. slideshare
[2] Compendio de producción de hidrocarburos. Tomo I: flujo natural. slideshare
[3] Métodos de Producción de Petróleo. PerfoBlogger - Drilling Blog