Optimización del Flujo en la Producción Petrolera: Impacto de las Restricciones

Restricciones de Flujo Durante la Producción

Las restricciones en el flujo de fluidos se presentan en condiciones muy diversas en las actividades de la industria petrolera. El uso de medidores de orificio, estranguladores y reducciones en las tuberías o cualquier accesorio, entre otras causas, afecta el flujo de fluidos cambiando las condiciones de presión y temperatura, lo cual puede originar la formación de hidratos y la precipitación de parafinas.

Algunos estudios de flujo en dos fases involucran el concepto de flujo “crítico” o “sónico”, que es una consecuencia deseada del uso de estranguladores cuya óptima operación se tiene en condiciones de flujo crítico. Una de las aplicaciones actuales en el análisis del flujo en una o dos fases es el flujo a través de válvulas de tormenta subsuperficiales que normalmente operan con flujo subcrítico. Existen teorías para predecir presión o gasto anormal a través de este accesorio, pero este trabajo se enfocará al estudio de los estranguladores superficiales, para lo cual, en lo sucesivo, se nombrará simplemente estrangulador.

A continuación, se da una breve descripción de las diferentes restricciones que el flujo puede encontrar dentro de un sistema integral de producción.

Descripción de Restricciones

La mayoría de las restricciones ocasionadas por la medición de flujo son conocidas como Venturi, boquillas y medidores de orificio.

Las restricciones comúnmente encontradas en tuberías son los estranguladores y válvulas subsuperficiales de seguridad. Estas pueden diferir en forma y longitud respecto a las restricciones de medición. Los estranguladores normalmente son instalados para restringir el flujo y controlar el gasto, y su apertura está regida por normas técnicas. En contraste, las válvulas de seguridad siempre están totalmente abiertas, pero su cierre está condicionado a condiciones de presión y temperatura, además de poder cerrarse desde la superficie. Debido a su configuración interna, el flujo a través de estos dispositivos puede ser o no complejo, variando de acuerdo con el fabricante.

El comportamiento de flujo a través de válvulas, estranguladores, fittings, etc., es muy difícil de describir. El camino del flujo es asimétrico y la teoría existente no es aplicable. Las válvulas de seguridad subsuperficiales se instalan normalmente en todos los pozos costa afuera y se encuentran sometidas a ciertas regulaciones. Las válvulas de seguridad o estranguladores de tormenta pueden operar bajo varios principios, que van desde los controlados en la superficie hasta los que actúan por velocidad o temperatura. Todos se encuentran en un estatus de apertura total a menos que algo les provoque que cierren.

En los dispositivos controlados por velocidad, la configuración interna a través de la cual los fluidos deben fluir puede ser compleja.

Esta configuración difiere dependiendo de los diferentes fabricantes y aun para diferentes válvulas del mismo fabricante. Algunas veces el flujo a través de la válvula de seguridad sigue un camino tortuoso. La erosión por arenas, la cual tiende a agrandar la abertura del flujo, puede provocar que los cálculos de diseño sean únicamente válidos de manera temporal, lo cual complica la selección de una válvula de seguridad de tamaño óptimo.

Por otro lado, si se omite considerar los efectos de la fricción en los estranguladores largos y en las válvulas de seguridad subsuperficiales, puede ser una limitación al hacer los cálculos de diseño.

En este trabajo resulta conveniente analizar el caso de flujo de gas, pues los pozos del Campo Copanó tienen gas y condensado como la mayor parte de su producción. A continuación, se dará una breve descripción de las restricciones que encuentra el gas en el camino que sigue, así como algunas consecuencias de dichas restricciones.

Estranguladores

La mayoría de los pozos productores o fluyentes cuenta con algún tipo de restricción en la superficie, como lo es un estrangulador superficial instalado cerca de la cabeza del pozo para controlar los gastos de producción (en las cantidades deseadas) y/o las presiones corriente abajo. Un estrangulador es una herramienta cuya función es la de restringir el paso de un fluido bajo presión, con el objeto de controlar el gasto del pozo en las cantidades deseadas y con esto: