Registros de Producción (PLT) Parte I: Introducción

Figura 0El registro de producción es la medida de los parámetros del fluido en una formación para obtener información acerca del tipo de movimiento de fluidos dentro y cerca de la boca del pozo. Los registros de producción son útiles principalmente para medir el comportamiento de los pozos productores, suministrando un diagnóstico sobre las zonas en donde los fluidos, gas, agua, petróleo están entrando al pozo y proporcionan una indicación acerca de la eficiencia de las perforaciones. Los registros de producción tradicionales involucran cuatro medidas: flujo, densidad, temperatura y presión. Sin embargo tan sólo las señales de flujo y densidad proporcionan una medida cuantitativa de los análisis de registros. Los datos de temperatura y presión son utilizados cualitativamente para determinar propiedades “in situ” del fluido o localizar zonas de entrada de fluidos al pozo.


1. Usos de los Registros de Producción

Los registros de producción son utilizados para varios objetivos dependiendo del tipo de yacimiento, condiciones del pozo y los problemas percibidos.


a) Evaluar completamientos

- Pozos nuevos

- Pozos inyectores

- Re – completamientos


b) Monitoreo del comportamiento del yacimiento

- Perfiles de Flujo

- Eficiencia del completamiento


c) Diagnóstico de problemas del pozo

- Entradas de agua

- Entradas de gas

- Fugas y problemas mecánicos

- Flujos detrás del casing


2. Herramientas de un Registro de Producción

Las herramientas de los registros de producción consisten en un número de sensores los cuales realizan mediciones dentro del pozo. Los principales tipos son:


a) Medidores de Flujo

- Flowmeter

- Spinner de Rotación Continua

- Spinless

- Trazadores radiactivos


b) Medidores de Densidad

- Presión Diferencial

- Atenuación del Gamma Ray


c) Medidores de Presión

- Strain Gauges

- Cristal Gauges


d) Medidores de Temperatura

- Variación en la resistencia


e) Otros

- GR/CCL para correlaciones

- Caliper

- Muestra de fluido

- Registro de ruido


3. Planeamiento en un Registro de Producción

Cada sensor presenta algunos usos específicos, aunque la mayoría de ellos son utilizados en combinación, para dar una respuesta total del comportamiento del pozo.


Flowmeter
- Determinar zonas productoras
- Evaluación de estimulaciones
- Recuperación secundaria
- Evaluación del potencial de Flujo. (SIP, AOF)


Temperatura
- Localización de zonas productoras e inyectoras
- Entradas de gas
- Movimiento de fluidos por detrás de la tubería.


Densidad de Fluidos
- Mostrar puntos de entrada en flujos de tres fases.


Las condiciones de un registro de producción son muy diferentes de aquellos de los registros en hueco abierto. En primer lugar existe un completamiento el cual puede tomar varias formas. La zona donde se encuentran las perforaciones puede ser en hueco abierto, casing perforado o empaquetamiento con grava, pueden existir una o múltiples zonas con tubería simple o múltiple. El registro normalmente es corrido en condiciones dinámicas en donde fluyen mezclas de líquidos y gases. Debe tenerse especial atención cuando se van a programar un registro para de esta manera se pueda obtener la máxima información y solucionar los problemas.


4. Procedimiento de un registro e interpretación

El procedimiento para asegurar el éxito en la corrida de un registro de producción se puede resumir en 3 pasos:


4.1. Programación del registro

El primer paso comienza con la definición de los problemas. Ejemplo: Caída de la producción de petróleo e incremento del corte de agua. Se deben listar y cuantificar los síntomas y condiciones del pozo:


·  El corte de agua se ha incrementado de 2 al 15% en los últimos seis meses
·  La producción total ha caído de 800 a 500 B/D
·  GOR 350 pies cúbicos/barril
·  THP – 1200 psia.
·  Gravedad del petróleo – 30 API
·  Gravedad del gas – 0.7


Luego se deben identificar los sensores necesarios y la técnica necesaria para la adquisición de los datos (Se debe considerar la configuración mecánica del pozo). Estas consideraciones son:


·  Velocidad del fluido, densidad, presión, temperatura
·  Los datos son tomados en función de profundidad y tiempo con el pozo fluyendo y estático.
·  Casing de 5 ½” sentado a 9500 ft. 0° de desviación
·  Tubería de 2 7/8 “ sentada a 9350 ft
·  Profundidad de las perforaciones. 9400 – 9450 / 9460-9475 (pies)
·  Llenado del pozo (TD)?


Luego es necesario determinar si es razonablemente posible resolver los problemas con los sensores con los que se cuenta. Es decir:


·  El pozo esta produciendo por debajo del punto de burbuja (hueco abajo) y la producción de agua en el fondo es más grande del 10% del flujo total del pozo en el fondo.


4.2. Realización del registro

El segundo paso comienza con la integración de todos los datos requeridos: calibración de las herramientas, control de la profundidad, registro óptico y magnético de los datos.


4.3. Interpretación de los datos

Escoger un modelo de interpretación simple o bifásico. Seleccionar la interpretación por computador o manual, en ambos casos las ecuaciones son las mismas:


Figura 1 Donde:

Qh = Tasa de flujo fase pesada

Yh = Hold Up fase pesada

Qt = Tasa de flujo fase liviana

Vs = Velocidad de desplazamiento

A = Área transversal


Finalmente se obtienen los resultados.


En la Figura 1,  se mostrará un esquema de una sarta general de un registro de producción:


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Fig. 1. Sarta general de un Registro de Producción


5. Medidores de Flujo

Usos básicos del Flowmeter:


·  Determinar zonas productoras
·  Evaluación de Estimulaciones
·  Recuperación secundaria.
·  Evaluación del potencial de flujo
·  Medidas de Flujo


Los registros de velocidad de fluido en el fondo son usualmente realizados con sensores de spinner. Sin embargo existen otros métodos para medir las tasas de flujo:


·  Trazadores radioactivos
·  Registros de ruido
·  Registros de flujo de agua
·  Sensores Spinless (microtorque)


5.1. Herramientas de Spinner

Los sensores de spinner utilizan un impeller el cual es básicamente una pala de ventilador que gira por el flujo del fluido. En la aplicación del flowmeter, las revoluciones del spinner generan pulsos eléctricos que son medidos por el equipo en superficie y convertidos en revoluciones del spinner por segundo (rps). Conociendo el comportamiento particular de un spinner se puede realizar la conversión de rps en velocidad del fluido.


5.2. Descripción General de la Herramienta

El flowmeter es utilizado para evaluar las tasas de flujo en pozos productores o los perfiles de inyección. Este sensor utiliza un spinner localizado centralmente en el casing. La tasa de rotación del spinner, rps, es una función de la velocidad del fluido, Vf.


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Un magneto es unido al eje del spinner el cual es montado entre rodamientos hidráulicos. La rotación del spinner induce una señal de corriente en una bobina. El voltaje de salida, V, y la frecuencia, W, son proporcionales a la tasa de rotación del spinner. Los tipos de herramientas spinner pueden variar de acuerdo a la tasa de producción del pozo: altas tasas, medias y bajas tasas y bajas tasas de producción.


6. Flowmeter Continuo

Los flowmeter continuo miden las revoluciones de una hélice movida por el flujo de los fluidos. Como el flowmeter se corre centralizado, la velocidad que mide, es la velocidad en el centro de la tubería. El flowmeter utiliza un sistema de suspensión para la hélice que permite el giro de la misma con mínima fricción, lo cual asegura una velocidad de introducción baja. Existen tres criterios que deben ser considerados a fin de obtener un flowmeter de alta precisión y estos criterios son: un apropiado diseño de la hélice, un sistema de suspensión para la hélice que garantice mínima fricción, y un sistema de medida (sensor) de alta eficiencia y baja fricción.


La hélice tipo turbina fue escogida debido a su alta eficiencia y su pequeño tamaño, el cual permite su paso a través de la tubería de producción. Se seleccionó además un diseño de dos aspas, para que así la circunferencia total de la hélice pudiera ser cubierta sin que existiera alguna superposición de aspas. En la Figura 2, se muestra un esquemático de un flowmeter continuo.


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Fig. 2. Esquemático de un flowmeter de alta sensibilidad


El primer criterio a tener en cuenta para el diseño de un flowmeter eficiente es un sistema de montaje del impeller que produzca la mínima fricción. Un eje de tungsteno, que pasa a través de la hélice es montado en dos joyas de zafiro. Las fuerzas de fricción rotacional son muy bajas, lo cual produce velocidades de introducción bajas. El segundo criterio a considerar en el diseño del flowmeter eficiente es un sistema de medida con una muy baja fricción. El sistema de medida es montado internamente entre dos joyas. No es conectado directamente a la hélice pues hay un magneto localizado en el tope de la hélice que al girar induce un campo magnético, haciendo de esta manera girar el eje del recogedor óptico (optics pick up) que posee otro magneto que repite exactamente los movimientos de la hélice. Este magneto interno tiene montado en su eje una pequeña hélice tipo mariposa cuya función es cortar los rayos de la luz.


El flowmeter es una herramienta que responde linealmente al flujo. Para distintos fluidos tenemos diferentes pendientes (eficiencias) ocurriendo la máxima eficiencia en agua y la mínima en gas a baja presión. Debido a la inercia de la hélice y a la fricción en el eje y con el fluido en contacto con la hélice, existe una velocidad de introducción (Threshold Velocity), que es la mínima velocidad vertical de fluido necesaria para iniciar el movimiento de la hélice. Como en los pozos de petróleo se pueden encontrar distintos tipos de flujo (Mono o Multifásico, con diferentes viscosidades y densidades) y no sabemos como responderá el flowmeter en cada uno de ellos, se corre la herramienta a diferentes velocidades constantes con el objeto de encontrar la pendiente (Slope) y la velocidad de introducción para cada distinta “mezcla” de fluidos. Esto nos permite calcular la velocidad del fluido con mayor precisión y se conoce como calibración del flowmeter.


La Velocidad del Fluido (Vf) puede ser hallada usando una serie de corridas hacia arriba y hacia abajo con diferentes velocidades de cable. Graficando la velocidad de cable (Vt) en el eje Y, y las revoluciones por segundo (RPS) en el eje X, se puede observar una relación lineal entre los puntos. El número de revoluciones de la hélice es proporcional a la velocidad relativa del fluido con respecto a la herramienta. Así:


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La ecuación anterior está representada gráficamente en la Figura 3, a ésta se le llama Gráfico de Calibración del Flowmeter (Calibration Plot).


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Fig. 3. Gráfico de Calibración del Flowmeter


La pendiente de la recta de calibración (K) tendría un valor de 20 ft/min/RPS en condiciones ideales y el intercepto con el Y es la velocidad del fluido. Escogemos la convención: velocidades hacia arriba: positivas, velocidades hacia abajo: negativas. Esto debido a la naturaleza vectorial de la velocidad, como se observa  en la Figura 4.


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Fig. 4. Interpretación de flujos en la herramienta Flowmeter


Una vez que las fuerzas de fricción original han sido vencidas, la velocidad requerida para mantener la hélice es menor que la velocidad de introducción. A esta velocidad se le conoce como Velocidad de Offset. La eficiencia del flowmeter por consiguiente se verá reflejada en la pendiente del gráfico, la cual está dada en ft/min/RPS. Esta pendiente depende principalmente de la fricción del flowmeter, densidad y viscosidad del fluido.


7. Fullbore Spinner

Es un medidor de velocidad tipo turbina diseñado para ser bajado a través de la tubería de producción con el objeto de medir caudales de flujo en el revestimiento. Cuando la herramienta esta por debajo de la tubería de producción, es abierta y las aspas del spinner son expuestas a una gran sección transversal del flujo en el revestimiento (aproximadamente 75% de la sección). La herramienta se cierra cuando entra desde el revestimiento hacia la tubería de producción para permitir su regreso a superficie.


La herramienta posee tres brazos centralizadores. La herramienta puede ser bajada a través de la tubería de producción de 2 3/8” (drift 1.901”). En el revestimiento los centralizadores son abiertos hasta presionar la pared del tubo y a la vez las aspas del spinner son abiertas para medir el flujo. En la Figura 5, se muestra un esquemático del Fullbore Spinner.


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Fig. 5. Esquemático del Fullbore Spinner


La herramienta presenta una buena respuesta en flujos turbulentos. Sin embargo, si el flujo es laminar su respuesta pierde totalmente su linealidad. El momento de inercia de esta gran hélice hace que su velocidad de introducción real sea mayor que la del los flowmeter continuo. Esto significa que la zona no lineal es más extensa que la del los flowmeter continuos, esto obliga a correr esta herramienta a velocidades bastante grandes causando disturbios innecesarios en el flujo de fluidos. El Fullbore Spinner es mecánicamente más complicado que los continuos por lo que la entrada y salida de la punta de la tubería puede traer complicaciones adicionales (pegas).


8. Basket Flowmeter

El Basket Flowmeter dirige todo el flujo de producción o inyección por un canal angosto dentro del instrumento. A medida que el flujo pasa a través del canal, el fluido hace rotar el Spinner. La velocidad rotacional de Spinner es registrada en superficie y con la curva de calibración experimental, esta velocidad registrada puede ser relacionada al correspondiente flujo volumétrico. La herramienta toma lecturas estacionarias a ciertas profundidades escogidas para el servicio. Antes de tomar una medida confiable la canasta debe ser abierta y sellar perfectamente contra el revestimiento.


El Basket Flowmeter puede medir caudales mucho más pequeños que el flowmeter continuo ó el Fullbore Spinner. Sin embargo, está limitado a caudales hasta 3500 BFPD en revestimientos de 7”, debido al diferencial de presión que se ejerce a través de la canasta. Esta herramienta encuentra su mejor aplicación en pozos desviados, donde los flowmeters continuos no miden una velocidad representativa del flujo real. Especialmente en pozos desviados, el basket flowmeter no se ve afectado por el efecto de segregación de fases. Este flowmeter debe entrar cerrado al pozo y a una predeterminada profundidad es detenido y abierto por medio de un motor hasta alcanzar la dimensión del diámetro interno del revestimiento.


En un flujo monofásico el tiempo promedio de registro por medición es de un minuto, sin embargo cuando hay un flujo líquido - bolsas de gas (slugging gas - liquid flow) se requerirán varios minutos para obtener una estimación precisa de los rps. Los rps registrados con el Basket Flowmeter están relacionadas con los caudales volumétricos fluyentes por medio de cartas de calibración experimentales. Cuando los caudales de flujo son altos, una parte del flujo pasa por la canasta dejando de tener una respuesta lineal y perdiendo confiabilidad en la lectura.


Sus mayores desventajas con respecto a los Flowmeters continuo son:


- Las medidas son estacionarias (discretas).

- La pérdida de fluido por la canasta es impredecible si la herramienta no está mecánicamente integra.

- Si se llega a abrir la herramienta en la zona que exceda el flujo máximo, la herramienta sería arrojada hacia arriba, haciendo difícil su recuperación del pozo.


9. Calibración e interpretación de Registros de Spinner

9.1. Porcentaje de Contribución por zona

Las tasas de revolución del spinner varían con las ratas de flujo. Esta relación es generalmente lineal para los flowmeter continuos incluyendo los fullbore y es generalmente no lineal para los basket. Sin embargo en flujos monofásicos la técnica de interpretación es básicamente el gráfico de los datos del spinner en revoluciones por segundo, de tal manera que el porcentaje de contribución de flujo para cada zona pueda ser leído directamente del gráfico (asumiendo que la viscosidad y la densidad del fluido son constantes a través del intervalo).


Para los flowmeter continuos, donde las revoluciones por segundo rps son lineales con la tasa de flujo, la técnica consiste en graficar los rps sobre el registro. Para los flowmeter basket, donde los rps no son lineales la técnica consiste en graficar las tasas de flujo de una gráfica apropiada sobre el registro.


9.2. Tasas de flujo absolutas

Las tasas del spinner son función de la viscosidad del fluido y la densidad adicionalmente al efecto de la velocidad. Por esta razón se debe tener especial cuidado cuando se desean obtener tasas de flujo absolutas en lugar de contribución de las zonas en porcentaje o cuando las contribuciones en porcentaje en un intervalo varían con la viscosidad y la densidad. Bajo estas condiciones la técnica utilizada para determinar las tasas absolutas es el uso de las cartas de calibración de fondo.


9.3. Calibraciones de fondo

La respuesta ideal del spinner para un pozo fluyendo, debería ser una línea recta que cruza por su origen (ver Figura 6). Sin embargo todos los pozos son viscosos en algún grado. El efecto de esta es alejar las curvas de la de respuesta ideal (ver Figura 7). La pendiente de la línea permanece igual como si esta dependiera tan solo de la geometría del spinner.


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Fig. 6. Respuesta ideal de un spinner con pozo fluyendo


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Fig. 7. Respuesta real de un spinner con pozo fluyendo (efecto de viscosidad del fluido)


Un efecto adicional de fricción sobre el spinner afecta el inicio de la curva, este es el Threshole de la herramienta como se observa en la Figura 8:


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Fig. 8. Efecto del Threshole de la herramienta


Como el spinner registra el movimiento de fluido a través de él, la velocidad del fluido puede ser reemplazada por la velocidad de la herramienta en la dirección opuesta para de esta manera obtener la carta de calibración final.


Las corridas hacia abajo en los pozos productores son rps positivas, y las pasadas hacia abajo son rps negativas si la velocidad del registro es mayor que la velocidad del fluido y positivas si la velocidad del registro es más lenta que la velocidad del fluido. Las gráficas anteriores corresponden a un fluido estacionario y para el movimiento de la herramienta, de esta manera se representa un flujo de cero. En un pozo fluyendo la línea será movida hacia la izquierda del gráfico de esta manera la velocidad vista por la herramienta es ahora la combinación de la velocidad de la herramienta más la velocidad del fluido, Vf , como se observa en la Figura 9:


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Fig. 9. Efecto del movimiento de la herramienta y la velocidad del fluido


El movimiento de fluidos en la tubería es más rápido en el centro de la tubería que cerca a las paredes del casing. La medida del flowmeter centralizado es en el centro de la tubería y por esto las medidas serán más altas que la velocidad promedio del fluido en el casing. Un factor de corrección ha sido introducido para contabilizar este efecto.


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El valor de C esta en función del número de Reynolds aunque generalmente el valor de 0,83 da buenos resultados. Una vez se ha obtenido la velocidad del fluido, se puede calcular la tasa de flujo como:


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Donde:

C = Factor de corrección del perfil de velocidad (0,83)

A = Área de flujo

Vf = Velocidad del fluido de una línea para una zona de calibración


9.4. Ejemplo de Calibración

En la práctica cuando se realizan calibraciones de fondo para tasas de flujo absolutas, se
construye una gráfica utilizando los datos de varias corridas. Las corridas deben ser hacia arriba y hacia abajo utilizando diferentes velocidades del cable (ver Figura 10). La velocidad del cable en pies/min es graficada en el eje X para las diferentes corridas. En la zona de no flujo (debajo de las perforaciones) los datos de calibración son utilizados para establecer el valor de threshold. En esta zona se debe suponer que la viscosidad y densidad del fluido es la misma).


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Fig. 10. Gráfico de Profundidad versus RPS a diferentes velocidades de la corrida


Si las corridas de calibración son registradas de tal forma que las pasadas hacia abajo producen datos positivos del spinner y las de arriba, valores negativos, entonces el valor del threshold es establecido desplazando las gráficas de arriba y abajo hacia el punto de origen una distancia que corresponde a la mitad de la distancia entre el intercepto de las líneas de las corridas (hacia arriba y hacia abajo) con el eje X.


Generalmente se construye una gráfica con los datos obtenidos arriba de las perforaciones, donde la tasa de flujo es estable. En los datos mostrados en la figura, estos son los puntos A, B, C, D. Existirá una función de línea recta con un desfase vertical desde el origen, proporcional a la tasa de flujo en los puntos donde los datos fueron tomados.


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Fig. 11. Carta de calibración de velocidad del fluido


La gráfica entonces es una carta de calibración (Figura 11). La velocidad del fluido puede ser leída en el eje X como la diferencia entre el threshold y la lectura. En este ejemplo el threshold es 0, de esta manera la velocidad del fluido puede ser leída directamente. Tomando las lecturas en el punto C como un ejemplo, la diferencia entre la línea para este punto y la línea de flujo cero (línea D) es 80 ft/min. Para convertir esta velocidad de fluido en tasa de flujo, debe ser determinada la relación entre volúmenes de fluido y velocidad de fluido para un diámetro interno de casing. Esto es encontrado en la tabla que se encuentra anexa. Suponga que el casing es de 7”, 29 lbs/ft, la velocidad para 1000 b/d es 18.7 ft/min. De esta manera las tasas de flujo son:


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Fuente:

Curso de Registro de Producción. Asesoría en Ingeniería de Petróleos LTDA

Registros de Producción (PLT) Parte I: Introducción Registros de Producción (PLT) Parte I: Introducción Reviewed by Marcelo Madrid on 13:32 Rating: 5

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