M E X I C O

ACADEMIA DE INGENIERIA, A.C.

METODOLOGÍA DE “ENVOLVENTE OPERATIVA” PARA EL DISEÑO DE

POZOS DE GAS.

ESPECIALIDAD: INGENIERÍA PETROLERA

Ph.D. en Ingeniería Petrolera

26 de Marzo de 2015Palacio de Minería, México D.F

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Contenido

• Introducción

• Metodología de “Envolvente Operativa”para el Diseño de Pozos de Gas

• Ejemplo de Aplicación

• Conclusiones

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Contenido

• Introducción

• Metodología de “Envolvente Operativa”para el Diseño de Pozos de Gas

• Ejemplo de Aplicación

• Conclusiones

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Introducción

US Energy Information Administration – Natural Gas 2013

Principales 20 Países del mundo ordenados de acuerdo a sus reservas de Gas Natural

Reservas Mundiales de Gas Natural

Convencional

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Introducción

Cuencas de Shale Oil y Shale Gas Mundiales41 Países evaluados

35,782 Tcf Volumen Original de Shale Gas7,795 Tcf Técnicamente Recuperable

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Introducción

Oil & Gas Journal, Uncoventional Oil and Gas Report – Enero 2015

Cuencas No Convencionales de Norte América

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Introducción

Cuencas No Convencionales en

México

Reserva No Convencional estimada

Técnicamente Recuperable 545 Tcf

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Introducción

Anuario estadístico 2003-2013 Petróleos Mexicanos

Producción de Gas Natural en México

Reserva 1P al 1 de Enero

2014:

46.6 Tcf

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Introducción

Usos del Gas Natural USA(2014)

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Introducción

Consumo de gas natural por sector y rama (enero 2015)Total 5,022 mmpcd

Fuente: Base de Datos Institucional PGPB.

Pemex2,160

43%

Industrial864

Distribuidoras417

Eléctrico1,431

Autogeneración150

17%8%

29%

3%

Exploración y Producción

Refinación

Gas y Petroquímica Básica

Petroquímica

Corporativo

1,249

392

189

330

0

Demanda Nacional por Sector

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Introducción

0

20

40

60

80

100

120

140

2005 2010 2015 2020 2025

Producción

América Europa

Asia Medio Oriente

Africa

Fuente: World total natural gas production by region, Reference case, Statistics 2013, IEA

0

20

40

60

80

100

120

140

2005 2010 2015 2020 2025

Consumo

América Europa

Asia Medio Oriente

Africa

Oferta y demanda de gas natural (TCF)

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Introducción

Precios GNL en el mundoCotizaciones al 18 de febrero de 2015 (USD/MMBtu)

EUROPA

ASIA

* Los precios en cursiva en verde y a la derecha de la diagonal se refieren a los vigentes una semana antes

Fuente: Elaborado por Pemex Gas y Petroquímica Básica con base en información de Platts International Gas Report.

$2.70/2.51So Cal

$ 2.83/2.66Nymex Henry Hub

$2.77/2.60Reynosa

$ 8.53/6.69Algonquin

$7.79/7.04UK NBP

$7.53/6.85Dutch TTF

$8.28/7.94Italian PSV

$6.60/6.75India

$6.75/6.75China

$6.95/6.90Japón

$6.95/6.90Corea del Sur

$7.31/6.90Germany EGT

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Introducción

Pth 43

2 1

Afluencia al Nodo

Pwf = Pws-DP1

Salida del Nodo

Pwf = Psep + DPEscurr + DPestran + DPTP

(Componente dominada por el Yacimiento)

(Componente dominada por tuberías del sistema)

ANÁLISIS DE PRODUCTIVIDAD TRADICIONAL EN POZOS DE GAS

Basado en Análisis NODAL TM

(Marca registrada de Flopetrol Johnston de Schlumberger)

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Introducción

Flujo de gas puede ocasionar problemas de erosión si se rebasa la velocidad crítica erosiva.

Velocidad crítica erosiva (𝑣c Erosiva).

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Introducción

El pozo puede llegar a ahogarse si el líquido se acumula en el fondo por no alcanzar la velocidad mínima de

acarreo de líquidos.

Velocidad crítica de arrastre de líquidos (𝑣c Rem-Liqu).

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Introducción

MOTORIZED

VALVE

ELECTRONICCONTROLLER

LUBRICATOR

FLOW TEEW/O-RING

BLEED

VALVE

CATCHERW/ARRIVAL

SENSOR

EXTERNALCABLE

MASTERVALVE

BUMPER SPRING

PLUNGER

BYPASSVALVE

TUBING STOP

Esto requiere el uso de sistemas artificiales para la extracción de los líquidos acumulados.

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Contenido

• Introducción

• Metodología de “Envolvente Operativa”para el Diseño de Pozos de Gas

• Ejemplo de Aplicación

• Conclusiones

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Metodología

𝑞𝑔@𝑐.𝑠. = 𝐶 𝑃𝑤𝑠2 − 𝑃𝑤𝑓

2 𝑛

Construcción de la Curva de IPR

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Metodología

Construcción de Curvas de Outflow para diferentes diámetros de tubería de producción

Seleccionar la más adecuada

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Metodología

Construcción de Curvas de Outflow para diferentes Pth con el diámetro de tubería de producción seleccionado.

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Metodología

Construcción de Curvas de Potencial Productivo del Pozo.

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Metodología

Construcción de Curvas de Gasto Crítico Erosivo.

𝑣𝑐 =100

29𝑃𝛾𝑔

𝑍𝑅𝑇

0.5 𝑞𝑔𝐶𝑟𝑖𝑡−𝑒𝑟𝑜𝑠𝑖𝑣𝑜@𝑐.𝑠. = 1.86𝑥102𝐴𝑃𝑡ℎ𝑍𝑇𝛾𝑔

0.5API RP 14E

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Metodología

Construcción de Curvas de Gasto Crítico para el Arrastre y Descarga de Líquidos en el Pozo.

Flores-Avila 2002

41

2cos27.14

gd

gl

ScritK

v

g

ggi vdN

88.123Re

Coeficiente de arrastre para esferas y cilindros (Whitaker, 1968)

𝑞𝑔𝐶𝑟𝑖𝑡−𝑅𝑒𝑚𝐿𝑖𝑞@𝑐.𝑠. =3.06𝑣𝑆𝑐𝑟𝑖𝑡𝐴𝑃𝑡ℎ

𝑇𝑍

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Fg

Metodología

Concepto de Velocidad Crítica

Fuerzas de Arrastre= Fuerzas por Aceleración (Gravitacional)

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Metodología

0.001

1.001

2.001

3.001

4.001

5.001

6.001

7.001

8.001

9.001

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

q@

cs (

MM

scfd

)

Pth (psia)

q crti de remosion de liquidos q crit. De erosion curva de potencial productivo del pozo

Envolvente Operativa.

Envolvente Operativa.

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Contenido

• Introducción

• Metodología de “Envolvente Operativa”para el Diseño de Pozos de Gas

• Ejemplo de Aplicación

• Conclusiones

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Ejemplo de Aplicación

Prueba de “Flow after flow”

100000

1000000

10000000

100000000

100 1000 10000

ΔP

2 (p

sia)

qg@ cs (Mscfd)

AOF≈5,428Mscfd

Prueba qg (scfd) Pwf (psia) ∆𝐏𝟐

1 1,300,000 3550 3,397,5002 1,555,000 3400 4,440,0003 2,000,000 3140 6,140,4004 3,000,000 2700 8,710,000

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Ejemplo de Aplicación

Construcción de la Curva de IPR

𝑛 =𝑙𝑜𝑔𝑞1 − 𝑙𝑜𝑔𝑞4

𝑙𝑜𝑔ΔP21 − 𝑙𝑜𝑔ΔP24=−0.28539

−0.29263= 0.9752 𝐶 =

q@𝑐𝑠

(Pws2 − Pwf

2)𝑛=

3000000

(8710000)0.9752= 0.51157

𝑞𝑔@𝑐𝑠 = 0.51157(Pws2 − Pwf

2)0.9752

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

0 1 2 3 4 5 6

PW

f(P

SIA

)

qg @ CS (MMSCFD)

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Ejemplo de Aplicación

Construcción de Curvas de Outflow para diferentes diámetros de tubería de producción

Seleccionar TP de 2 3/8”

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Ejemplo de Aplicación

Construcción de Curvas de Outflow para diferentes Pth para TP de 2 3/8”

.

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Ejemplo de Aplicación

Construcción de Curvas de Potencial Productivo del Pozo.

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Ejemplo de Aplicación

Construcción de Curvas de Gasto Crítico Erosivo.

𝑣𝑐 =100

29𝑃𝛾𝑔

𝑍𝑅𝑇

0.5 𝑞𝑔𝐶𝑟𝑖𝑡−𝑒𝑟𝑜𝑠𝑖𝑣𝑜@𝑐.𝑠. = 1.86𝑥102𝐴𝑃𝑡ℎ𝑍𝑇𝛾𝑔

0.5API RP 14E

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Ejemplo de Aplicación

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Contenido

• Introducción

• Metodología de “Envolvente Operativa”para el Diseño de Pozos de Gas

• Ejemplo de Aplicación

• Conclusiones

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Conclusiones

• La metodología propuesta se basa en un análisis en estado estacionario y presenta ventajas sustantivas sobre el análisis nodal convencional.

• La metodología propuesta es versátil y de fácil aplicación, dado que no requiere de complicados cálculos, simplemente es la integración de tres criterios conocidos y mejorados que son de uso estándar en la industria.

• El uso de la metodología propuesta para el diseño y análisis de pozos de gas permitirá reducir los problemas de erosión, así como también reducir los problemas de ahogamiento de pozos de gas por carga de líquidos.

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Conclusiones

• La metodología propuesta es una herramienta predictiva y correctiva para el diseño y análisis de operación de pozos de gas.

• La ecuación para el cálculo para la remoción de líquidos propuesta en la metodología tiene ventajas sobre la expresión propuesta por Turner, 1969, al reducir el error promedio de 30% a 6.3%, esto validado de forma experimental.

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Conclusiones

• La variación con el tiempo de los parámetros operativos del pozo no están considerados. Metodología basada en análisis en estado estacionario.

• No se contempla el uso de sistemas artificiales de levantamiento de líquidos, lo que puede representar una limitante en cuanto a tamaño del casing de explotación.

• No se toma en cuenta la eventual formación de hidratos en el pozo, lo que puede variar las condiciones operativas.

Limitantes:

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GRACIAS