INSTALACIONES Y APLICACIONES DEL GAS PARA EL GAS LIFTLas Instalaciones para el manejo de gas, tales como compresores de gas, deshidratadores, medidores y las tuberas, son las partes con ms altos costos del sistema de levantamiento artificial por gas. Este equipo requiere generalmente ms esfuerzo de mantenimiento operativo que cualquier otra parte de las instalaciones de extraccin de gas.El gas natural utilizado para producir lquidos por gas lift es controlado, medido, comprimido, y procesados con dispositivos mecnicos. Por lo tanto, los fundamentos de una comprensin de gas y prcticas de operacin es necesaria para el buen funcionamiento de un sistema de levantamiento artificial por gas. Las prcticas operativas que involucran gas son diferentes de las del petrleo, por el aumento de la presin y la compresibilidad de las mezclas involucradas. Tambin, un gas que contiene incluso pequeas cantidades de sulfuro de hidrgeno puede ser muy corrosivo para ciertos equipos y representar un peligro para la vida humana. Es importante entender que un solo componente como el nitrgeno y una mezcla de componentes, tales como el gas natural se comportarn de diferente manera.La inyeccin de gas por bombeo neumtico de pozos puede verse afectada por las diversas condiciones de funcionamiento y produccin del suministro de gas, incluyendo la contrapresin del sistema de produccin. Las condiciones superficiales de produccin del pozo, la presin de la cabeza hacia atrs y la temperatura de la superficie se estiman por lo general en el diseo y planificacin del gas lift debido a que las medidas reales no estn disponibles. Las vlvulas del gas lift de fondo de pozo respondern a la presin de inyeccin del gas y a la presin de produccin en el pozo, as como la presin y la temperatura en el interior del fuelle de la vlvula de elevacin de gas. Estas condiciones deben ser predichas con exactitud.FUNDAMENTOS BSICOS DEL COMPORTAMIENTO DEL GASLa presin en un sistema de lquido o de gas se puede medir. El manmetro es un dispositivo que es comnmente utilizado para medir la presin de la mezcla de lquido/gas producido a partir del pozo, as como la presin del gas inyectado. La presin se toma con un calibre y se conoce como presin manomtrica. En los Estados Unidos se mide en libras por pulgada cuadrada (lpg) y psi designado. La Presin manomtrica mas la presin atmosfrica (generalmente alrededor de 15 psi) se conoce como presin absoluta y se designa psia. La diferencia entre la presin relativa y absoluta es muy pequea en altas presiones. Por ejemplo, 1000 psia se convierte en 1015 psia, si la presin atmosfrica es de 15 psi.Los sistemas de bombeo de gas utilizan la presin de gas en ms de un tipo de aplicacin. En el primer tipo de aplicacin el gas puede ampliarse. En esta aplicacin, el gas va desde el compresor, a travs de un gasoducto hacia el pozo, y luego pasa a travs de una vlvula de gas lift, donde se expande y se mezcla con los lquidos producidos. En cada enlace el gas se expande y pierde parte de su energa de presin. El segundo tipo de aplicacin implica un recipiente de gas sellado. Un ejemplo de esto es el nitrgeno que figura en el fuelle de una vlvula de gas lift. En cada uno de estos casos, el comportamiento del gas es diferente. El recipiente sellado es un sistema en el que la presin, la temperatura, y el volumen estn relacionados.En el recipiente cerrado hermticamente, o fuelle, una aumento de temperatura provoca un aumento de presin dentro del fuelle debido a que el nitrgeno no puede expandirse fuera de los fuelles.Esto se afirma en la siguiente ecuacin:P1 /T1= P2/T2 Equation 4.1"En los clculos de gas lift esta ecuacin podra ser utilizada para determinar el cambio que tiene lugar la presin de nitrgeno en el fuelle cuando la vlvula del gas lift se encuentra en un estante de prueba a una temperatura de 60F y luego se coloca en el fondo del pozo a una temperatura mucho ms alta. Sin embargo, antes de aplicar la ecuacin 4.1, los efectos de la temperatura deben ser revisados.

La temperatura afecta al gas en el recipiente cerrado como en el pozo abierto, la aplicacin es expansiva. El indicador de cambio de calor es el grado medido de la temperatura. En todos los clculos a travs de este captulo, las temperaturas son absolutos, es decir, grados Rankine(F plus 460). Por ejemplo, 150 F ms 460 es igual a 610 Rankine (absoluto).Un gas se expande cuando se calienta. Aumentar la temperatura despus de la compresin y el efecto posterior en el flujo a travs de una tubera o una vlvula de elevacin de gas son los ejemplos ms comunes de estos fenmenos. La medida del gas requiere de un registro de temperatura de gas que fluya a travs de un medidor de orificio. La ecuacin de flujo de gas se ajusta para la temperatura que fluye del gas y corregida a una temperatura estndar de 60F. En los clculos que se muestran aqu, la temperatura en grados Fahrenheit (F) se convierten en grados Rankine (R).En este ejemplo, la vlvula de fuelle de presin en el bastidor de ensayo a 60 F se calcula de manera que la vlvula se puede configurar para tener una presin de 1000 psi fuelle cuando est funcionando de fondo de pozo a 150 F.Esta es la presin absoluta con comportamiento ideal. La presin atmosfrica es de aproximadamente 15 psi, por lo tanto, la presin relativa es de 850 psig. Este ejemplo no tiene en cuenta la desviacin del comportamiento ideal. Un factor de compresibilidad (Z) se usa para denotar desviacin de las condiciones ideales.La desviacin o compresin facto (rZ) aparece en la la siguiente ecuacin:

El volumen (V) se incluye ahora en la presin, la temperatura, y la relacin de desviacin. En el ejemplo en el que fuelle se considera un recipiente sellado que cambia muy poco en tamao V1 es igual a V2 y lo que el volumen se elimina a partir de la ecuacin. El factor Z permanece, con el fin de mejorar la precisin de los resultados. Para aplicar el factor Z, el tipo de gas debe ser identificado porque el factor Z para metano es diferente del factor Z para el nitrgeno, que es tambin diferente del factor Z para una mezcla de gas natural de muchos componentes.

Por lo tanto el factor Z se relaciona con el vapor de gas en particular. Los Grficos disponibles listan los factores de desviacin (Z) para el nitrgeno y para las mezclas de gas natural denotado por alguna propiedad (por lo general la gravedad especfica). Las grficas y tablas no son validas si cantidades significativas de impurezas estn presentes en la mezcla de gas natural. Se necesitan tablas especiales para esas condiciones.Se vuelve muy evidente que la precisin del clculo depende de contar con informacin confiable de la presin, temperatura, y los factores de Z. El usuario debe tener cuidado de asegurarse que la tabla o el grfico que se utiliza representa la corriente de gas real que se considera.Factores de desviacin pueden obtenerse para el nitrgeno a partir de la figura. 4-1 y para los gases dulces naturales de la figura. 4-2 y 4-3. La desviacin es una funcin de la presin y la temperatura en los gases naturales como tambin es una funcin la gravedad especfica del gas (la gravedad especfica del gas se basa en la composicin). Estos factores de compresibilidad (factores de desviacin) cuentan para el comportamiento no ideal del gas y mejoran la exactitud de los clculos para los sistemas de campo de petrleo.El ejemplo anterior es modificado de la siguiente manera:El gas es nitrgeno. En la condicin 1:PI = 1015 psia (1000 psig + 15 psi)TI 150FA partir de la figura 4-1, ZI = 1.013En condicin 2:P? = desconocido (but assume 865 psia)Tz = 60F2 2 = 0.992Ahora aplicar la ecuacin 4.21015 psia Pz(1.013) x [(150"F) + 460'1 (0.992) x [(60"F) + 460'1P2 = 847 psia (Utilice este PZ estimar otra Z2 y clculo repeticin)Si se hacen clculos similares con el gas natural, la figura. 4-2 y 4-3 y estn disponibles para estimar el Factor Z. para este ejemplo, supongamos que la gravedad especfica del gas es 0.7 condicin 1:PI = 1015 psia (1000 psig)TI = 150FA partir de la figura. 4-3, (uso de los datos anteriores), ZI = 0.885En condiciones 2, T2 = 60 F. P2 es desconocido, peros se necesita una presin asumida para estimar Z. Supongamos P2= 850 psia (835 psig), entonces, Z2 = 0,8 1.Ahora aplicar la ecuacin 4.2:

P2 = 7 9 2 psia (utilizar este P2 para estimar otra Z2 y repeticin)Nota: Nitrgeno (N2) se utiliza en el fuelle de la vlvula de gas lift porque el comportamiento N2 es bien conocido. N2 es no txico y es fcilmente disponible.Figura 4-1 -factores de compresibilidad para el nitrgeno, Oficina de Minas Monografa 10 Volumen 2, "Las relaciones de fase de los lquidos de gas condensado "Figura 4-2 - Z-Chart (100 - 300 psi) Cortesa Exxon Compaa de Investigacin ProductoraFig. 4-3 Z - Tabla (300-2000 psi) datos de CNGA Bul T5-461 y de pie-Katz AIME 1942 TransaccionesAPLICACIN A SISTEMAS DE PETROLEROSLas Aplicaciones del comportamiento del gas son importantes en la produccin de petrleo y de gas porque hay cambios en la temperatura y la presin debido a que el aceite y el gas se mueven desde el reservorio a la superficie. Es concebible que el "gas" puede ser un lquido en el reservorio a alta presin y temperatura y va cambiando a la fase de gas en el interior del pozo a medida que avanza hacia la superficie.Pozos vecinos en el mismo reservorio pueden ser una buena fuente de informacin relacionada con las caractersticas del petrleo crudo y el gas disuelto, tal como las relaciones del gas-lquido y la composicin del gas. Varios correlaciones se encuentran disponibles para estimar los cambios en las propiedades de los aceites crudos como la presin y la temperatura del sistema de cambio de produccin. Estas correlaciones permiten predecir la cantidad de gas libre que estar presente en el sistema bajo cualquier condicin dada de presin y temperatura.Otra rea relacionada con el comportamiento del gas se produce en el diseoy el tamao de los compresores de la superficie y las instalaciones de deshidratacin.Millones de dlares se gastan para disear, instalar y operar estas instalaciones de superficie. Por lo tanto, los buenos datos de las propiedades de gas son necesarias para predecir con precisin el comportamiento del gas dentro de los rangos de temperatura y presin. Con el fin de describir con mayor precisin el comportamiento del gas, una muestra de lquido del reservorio se analiza en el laboratorio para la relacin PVT (presin, volumen, temperatura). Este anlisis proporciona el gas y la composicin lquida como tambin otra informacin til sobre las propiedades del aceite como la gravedad especfica de gas, la gravedad de lquido, y la relacin gas-petrleo. Si no se puede obtener una muestra desde el reservorio, se utiliza un separador de lquido recombinado y una muestra de gas. A menudo mltiples muestras de gas se toman para el anlisis de la composicin cromatografica y se utilizan para el dimensionamiento y diseo del compresor. Estos valores de composicin son cruciales para el diseo de compresores centrfugos debido a que el diseo de la rueda interior es altamente dependiente de la gravedad especfica de gas y los cambios que se producen en el gas a medida que pasa de una presin baja a una alta presin. El compresor de movimiento alternativo tambin depende de esta composicin de gas, pero no es tan sensible a los cambios.Aplicaciones del subsueloLas tcnicas para estimar el comportamiento del gas se pueden aplicar a las aplicaciones de computo del subsuelo en los perfiles de presin de inyeccin de gas, la estimacin del paso del gas a travs de una vlvula de gas lift y como se mencion anteriormente, en el establecimiento de un fuelle (cpula) de presin en una vlvula de elevacin de gas. En todos los casos se utilizan los mtodos descritos aqu fundamentales para estimar los cambios de comportamiento del gas. La mayora de las veces, las ecuaciones no se utilizan directamente. Tablas y grficos proporcionan los datos necesarios para el clculo. Las computadoras se usan con frecuencia, produciendo un grfico de datos para las estimaciones.Correccin de la PresinLa cpula o fuelle, en la vlvula de elevacin de gas se utiliza para proporcionar una presin de cierre controlado de manera que la vlvula de elevacin de gas funcione muy parecidamente a una vlvula de contrapresin en un separador. La fuerza de cierre de la vlvula es proporcionado por la presin de nitrgeno en el fuelle para la mayora de las vlvulas, aunque algunas vlvulas utilizan un resorte de presin o un resorte de nitrgeno. Las ecuaciones de la mecnica de la vlvula, las estimaciones de fondo de pozo de gas de presin, la presin de fondo de pozo de fluido, y la temperatura de fondo de pozo se utilizan para calcular la presin del fuelle necesario para la fuerza de cierre. Como se discuti previamente, esta presin de nitrgeno dentro de los fuelles (volumen cpula sellada aproximadamente constante) depende de la temperatura. La presin en el interior del fuelle variar a medida que la temperatura vare.CORRECCIN DE LA TEMPERATURALa correccin de la temperatura es en realidad un ajuste de la temperatura del pozo a una temperatura del deposito de prueba de 60F. La estimacin de la temperatura del pozo es crtica debido a que el ajuste de la presin del nitrgeno en la vlvula depende de la estimacin de la temperatura. Otro posible error puede resultar de una mala prediccin del comportamiento de los gases del fuelle. Como se mencion anteriormente, el nitrgeno se utiliza para disminuir las posibilidades de error, ya que tiene factores de compresibilidad de renombre y es seguro de manejar.La mayora de los fabricantes enfran las vlvulas de elevacin de gas (gas lift) a 60F en un refrigerador y por lo tanto tienen una temperatura consistente y repetible para ajustar la presin de nitrgeno en el fuelle; sin embargo, la vlvula de elevacin de gas en el pozo no ser operativo en 60F. Ser en alguna temperatura ms alta y la presin de fuelle del fondo de pozo (Pbdt) a temperatura debe ser convertido a una presin del fuelle (Pbv) a 60 F. Un mtodo para corregir es usando la Tabla 4,1 por H. W. y la siguiente relacin:p h v = CT x Phdt Equation 4.3Dnde:Pbv = presin de fuelle(psi) a 60 F

CT = factor de correccin de la temperatura, para la temperatura de vlvula del fondo de pozo (de la Tabla 4-1)Pbdt = presin de fuelle (psi) a Temperatura de fondo de pozo (clculo de la mecnica de la vlvula)Como un ejemplo, el clculo de la presin del domo a 60 F en unestante de prueba si P = 820 psig a 140 F.Pbv = (0.848) x (820 psig) = 695 psigEste clculo da la presin de fuelle ajustada a una condicin estndar de laboratorio (tienda). En la tienda de la vlvula se coloca un accesorio de bastidor de ensayo especial y la vlvula se establece mediante el clculo de la presin de apertura del bastidor de ensayo, luego lentamente, el sangrado de nitrgeno desde el fuelle hasta que la presin de prueba de apertura de bastidor apenas abra la vlvula.TABLA 4-1 TEMPERATURA FACTORES DE CORRECCIN PARA NITROGENO basado en 60 FCuando: Cl=1/[1.O+("F-60)xMPb]Y para Pbv menor a M = 3.054 X Pb~2/10000000+ 1.934 X Pbv/1000 - 2.26/1000Y para una Pvb mayor que 1238 psia M=1.840X P~v2/10000000+2.298XPbv/lOOO-0.267Basado en SPE papel 18871by H. W.Winkler ANDP. T.Eads, el algoritmo para predecir con mayor precisin con carga de nitrgeno operacin de elevacin de la vlvula de gas a altas presiones y temperaturas. Presentado en SPE produccin operaciones simposio en Oklahoma City, OK, 13 a 14 marzo, 1989Configuracin del estante de pruebaEste mtodo permite la presin de aire que debe aplicarse al asiento de la vlvula como en el dibujo mostrado en la Figura 4-4. La presin en el fuelle acta hacia abajo (en la zona de fuelle) y la presin de apertura del estanque de prueba acta hacia arriba (sobre el rea de fuelle menos el puerto de prueba). La prueba de presin de la apertura del estanque es calculada asi:El clculo de apertura de prueba del bastidor se basa en la presin del fuelle corregida a 60F, Pb y los datos de la vlvula Ab y ApFigura 4-4 Configuracin de prueba de presin de apertura del estanteINYECCION DE GAS EN EL ANULAR O TUBINGGas de alta presin para la inyeccin en un pozo se suministra normalmente del sistema de gas hasta el compresor de gas (o gas de alta presin del pozo) y tanto la presin del gas y como la velocidad deben medirse y registrarse para que los valores reales sean conocidos ms que asumidos. La presin del gas disminuye a medida que pasa a travs del estrangulador ajustable aguas arriba del conjunto de cabeza de pozo.La presin del gas de cabeza del pozo es requerido para fines de este diseo. Un aspecto del diseo es el cambio de la presin del gas con la profundidad. En la mayora de los casos, la inyeccin de gas se pone por el anular del tubo-casing para la elevacin de gas y las presiones del gas aumentan con la profundidad debido al peso (densidad) del gas. Tablas o figuras, como las figuras 4-5 y 4-6 dan el incremento de la presin con la profundidad. Estas curvas muestran el perfil de la presin del gas con la profundidad y cada lnea representa una presin de gas superficial diferente. A pesar de que la presin del gas por lo general aumenta con la profundidad, hay casos en los que la presin del gas podra disminuir con la profundidad.Uno de estos casos se produce cuando se inyecta gas a caudales volumtricos suficientemente altos para causar la prdida de friccin. Es decir, como la velocidad del gas aumenta dentro de la tubera, la tubera resiste el flujo y la friccin se desarrolla entre el gas y las paredes de la tubera. El efecto de la friccin es particularmente notable en el casing en miniatura (por ejemplo, un cuarto tubo nominal de 2,30 pulgadas D.ext en los collares utilizando en el interior casing ID 2.441 pulgadas).Otro ejemplo de la prdida de friccin se produce a altas velocidades de flujo de fluido anular (carcasa) donde se inyecta el gas por el tubo y por el espacio anular a una alta tasa para la elevacin. Estas aplicaciones de alta velocidad, como en algunos pozos de Oriente Medio, pueden conducir a una prdida de carga significativa en el gas que fluye por la tubera. En el rea de la Costa del Golfo, el problema se encuentra generalmente en pozos con carcasa pequea.La prdida de presin de gas en la carcasa de miniaturizado se compone de: primero, la friccin causada por el gas que fluye entre el cuerpo de la tubera y la carcasa pequea y, segundo, el ms grave problema es la friccin causada por el gas que fluye entre el tubo de acoplamiento (cuello ) y la carcasa. A menudo, esta pequea holgura (aproximadamente 0,14 pulgadas) provoca una restriccin de flujo y la prdida de presin similar a un estrangulador (a veces llamado gas de apilamiento). Los mtodos utilizados para predecir la prdida de presin dentro de la carcasa pequea son slo aproximados debido a que el dimetro exterior no es continuo en el tubo y es difcil de modelar.Por lo general, se supone que el dimetro del cuerpo del tubo debe ser uniforme y la perdida de presin (friccin) es calculada con la profundidad. Se puede hacer una estimacin de la prdida de presin debido a los collares (apilamiento). En primer lugar, se utiliza un dimetro de tubo equivalente a la del cuerpo del tubo y se observa el perfil de presin. En segundo lugar, se ejecuta un caso con el dimetro equivalente al dimetro exterior del collar. Este efecto se observa y se comparan resultados.El efecto de la prdida excesiva de friccin en la vlvula de elevacin del gas es una presin del gas de fondo de pozo que es diferente al valor utilizado en el diseo. Por lo tanto, la operacin de la vlvula sera errtica o tal vez las vlvulas se cierren prematuramente debido a que la presin en la vlvula es menor por el efecto de asfixia de los collares.En un pozo tpico, el perfil de gas aumentar con la profundidad debido a que el peso del gas aumenta con la presin. Sin embargo, las excepciones son los casos que acabamos de mencionar, donde las prdidas por friccin significativas en realidad resultan en una disminucin de la presin (con la profundidad) debido a que la prdida por friccin es mayor que el incremento de peso generada.El pozo tpico tiene friccin insignificante debido al uso de un cuerpo envolvente grande, el requisito de diseo se convierte en uno de estimacin de la presin a la profundidad de la gravedad especfica de gas utilizado en el sistema.En la mayora de los sistemas de compresin de gas de separadores a baja presin para la presin de inyeccin, la gravedad especfica del gas a alta presin ser desde 0,7 hasta 0,8. Cuando los fluidos del reservorio tienen componentes C4 a C6 significativamente, la gravedad especfica del gas para la presin de inyeccin ser de aproximadamente 0,8. La toma de muestras del gas en el medidor del gas de inyeccin y anlisis cromatgrafo dar una gravedad de gas fiable.Fig. 4-5 perfil de presin de gas con O.7 SG GasFig. 4-6 perfil de presin de gas con 0.8 SC GasFig. 4-7 gradientes de Gas por inyeccinLa figura 4-5 muestra la presin del gas vs la profundidad para un peso especfico de 0,7, mientras que la fig. 4.6 da la presin vs la profundidad para una gravedad especfica de 0,8. Para otras condiciones, un grfico de gradiente de gas se muestra en la figura. 4-7.El grfico se puede utilizar en la estimacin de la gradiente del gas (psi/pie) para usar en el calculo de la presin del gas con la profundidad. Comience con la presin de inyeccin de superficie (1.000 psi), vea la gravedad especfica de gas (0,8), y lea la gradiente de gas (0,041 psi/pie). A una profundidad de 5000 pies, la presin del gas sera 1000 + (0.041 x 5.000) o aproximadamente 1.205 psi.El usuario puede leer los datos en 0.7 y 0.8 por gravedad especfica del gas o utilizar la tabla para estimar la gradiente de presin. Esta presin en la profundidad es importante para el diseo y los pasos del calculo del gas.Flujo a travs de la vlvula de Gas LiftEl paso del gas a travs de una vlvula de levantamiento artificial por gas es el mtodo mas comn para la introduccin de gas en la corriente de fluido. Si el flujo de gas a travs de la vlvula est restringido, es por que la densidad de la columna del fluido (en flujo continuo) no se ha reducido lo suficiente (en flujo intermitente) y no ser desplazado de manera eficiente. Por lo tanto este flujo a travs de la vlvula de elevacin por gas es un elemento crtico. Sin embargo, para los pozos de bajas tasas tpicas de algunos lugares de la costa del Golfo, el paso del gas por lo general no ha sido un problema. Para los campos petroleros internacionales de gran caudal, las caractersticas de la vlvula de paso de gas son importantes para la operacin exitosa del pozo.El paso del gas a travs de una vlvula en particular es difcil de predecir. Algunos datos, basados en pruebas de sonda esttica y pruebas de flujo dinmico (mencionados en la seccin de elevacin mecnica de la vlvula de gas), estn disponibles. Sin embargo, esta seccin cubre la presin diferencial: es decir, la diferencia que oscila entre la presin del gas en la ubicacin y la presin del fluido en el mismo lugar, y la capacidad de flujo de la vlvula en un orificio de bordes cuadrados. Este supuesto orificio no siempre es vlido porque el vstago y el asiento no siempre tienen un espacio abierto igual a un orificio de bordes cuadrados.Figura 4-8 (A), capacidades de flujo de gas (0-9750 mpc / d) para la presin conocida aguas arriba, la presin aguas abajo, y el tamao del orificio. Cortesa CamcoLa presin diferencial es la diferencia entre la presin del gas en la vlvula y la presin del fluido en la vlvula. Una alta presin diferencial conduce el gas en la columna de fluido. Por el contrario, a una presin diferencial muy baja, el gas no puede pasar y entrar en el fluido. A menudo, un mnimo de 50 psi se utiliza como una diferencia entre la presin de gas de funcionamiento y la produccin. Sin embargo, la incapacidad para estimar con precisin la presin del gas en la profundidad y la presin del fluido en la profundidad puede dar lugar a un diferencial de menos de 50 psi. Bajo tal condicin, el pozo no se descarga, o el punto de inyeccin de gas no se transfiere, a la siguiente vlvula.Altas son las tasas de flujo de gas a travs de la demanda de una mayor presin de inyeccin de gas en la vlvula y una mayor presin diferencial. En un punto de funcionamiento, la diferencia de presin mnima de 100 a 200 psi es la que se debe utilizar entre el gas y las columnas de fluido para propsitos de diseo.La capacidad de flujo del gas se estima por lo general con las ecuaciones Thornhill-Craver para el flujo a travs de un orificio de borde cuadrado. Un orificio de borde cuadrado es el dispositivo que se utiliza en bobinas de choque positivas para el control de la produccin que fluyen desde los pozos de petrleo y pozos de gas. La precisin disminuye cuando se aplica a las vlvulas de gas lift. Sin embargo, la ecuacin de flujo es generalmente el mejor mtodo disponible para la estimacin del paso del gas a travs de un orificio de la vlvula (puerto).Grficos como se muestra en la figura. 4-8 (A) (B) y (C) se han preparado utilizando la ecuacin Thornhill-Craver. Ellos dan la capacidad de flujo de gas para una presin conocida (upstream) de gas, (abajo) la presin del fluido, y el tamao del puerto (orificio). Estos grficos tpicamente se basan en una temperatura fija (generalmente 60 F) y la gravedad de gas (por lo general 0,65). Los volmenes de gas deben ser corregidos para otras condiciones.Las variaciones en la gravedad del gas y las altas temperaturas en el pozo influyen en la exactitud de la grafica. Si la temperatura del gas se aproxima a la temperatura de flujo de fluido, las velocidades del flujo de volumen a travs de la vlvula son menores que la estimacin obtenido de la tabla. Debido a esto, los valores del gas de fondo de pozo generalmente se corrigen a las condiciones de la grfica antes de estimar el requisito de tamao de puerto de la tabla. La Fig 4.-9 proporciona informacin para la correccin del volumen del gas a otras condiciones de gravedad de gas y temperatura.Figura 4-8 (B) capacidades de flujo de gas (0-4000 mpc / d) para la presin conocida aguas arriba, la presin aguas abajo, y el tamao del orificio. Cortesa F.T.

La restriccin del flujo del gas a travs de una vlvula de gas lift es causada por un puerto slo parcialmente abierto. Una reduccin en la presin del gas fuera del fuelle hace que el vstago empiece a cerrarse en respuesta a la fuerza de presin de nitrgeno dentro del fuelle. A medida que la vlvula va desde una posicin totalmente abierta a una posicin cerrada, el orificio efectivo (puerto) nunca corresponder a una rea completamente abierta del orificio de borde cuadrado que es la base para los grficos de Thornhill-Craver a menos que la vlvula este completamente abierta.Fig. 4-8 (C) capacidades de flujo de gas (0 - 20 000 mpc / d) para la presin de entrada conocida, la presin aguas abajo, el tamao del orificio. Cortesa F. T. Fochtfigura 4-9 - Diagrama de factor de correccin para los grficos de paso de gas. Desde Camco Gas Lift ManualINSTALACIONES DE GAS EN SUPERFICIEConsideraciones sobre el diseo del sistemaLos pozos de gas lift no son el nico componente, que son parte de un sistema de levantamiento artificial por gas, el reservorio incluye, lneas de flujo, lnea de inyeccin, separadores, tratamiento de las instalaciones, compresores y medidores. La mxima produccin, el uso eficaz del gas, y el funcionamiento resulta un gasto de inversin ms baja cuando todo el sistema se planifica adecuadamente.La tecnologa informtica actual proporciona mtodos para analizar los sistemas para que los valores "mejoren" para la presin del separador, presin de inyeccin, tamao de la lnea de flujo y para que el tamao del tubo se pueda seleccionar. Los requisitos del gas, ahora y en el futuro se pueden estimar. El dinero gastado en tecnologa informtica se reembolsa con el aumento de las tasas de produccin, los problemas de funcionamiento son de inversin inferior. Sin embargo, la inversin para las instalaciones de elevacin de gas dependen de la fuente y la calidad del gas.Una buena fuente para el gas del gas lift es una presin constante, tal como el gas seco obtenido a partir de un procesamiento de gas (GNL) de la planta. Esta fuente de gas es bueno porque la presin es constante y el gas puede ser comprimido a una presin superior, si es necesario. En segundo lugar, un gas seco y sin lquido de hidrocarburo y agua reduce los problemas operativos tales como la corrosin, la formacin de hidratos (agua e hidrocarburos congelado), y el lquido de desercin (condensacin) que se acumulan en puntos bajos en la lnea. Si deben utilizarse otras fuentes, tales como el gas de pozo, gas o separador de gas, entonces uno de una serie de procesos tales como la compresin, la deshidratacin, el procesamiento de hidrocarburos o edulcorante puede ser necesario antes de transportar el gas de los pozos.El sistema de distribucin de gas puede ser uno de los dos diseos bsicos, que son: (1) Una conexin directa de la estacin de compresin de cada pozo, y (2) una lnea principal con las cabeceras de distribucin individuales a los pozos locales.La ventaja de un sistema de conexin directa es que cualquier problema de tuberas afecta un solo pozo. Es muy til para sistemas pequeos que tienen un nmero limitado de pozos y tuberas cortas. El segundo, la lnea del tronco, es el mtodo aplicable a grandes sistemas offshore (plataformas de cabeza de pozo a distancia) o tierra. Se proporciona la distribucin local a cada pozo y permite varias estaciones de compresin a ser conectados en paralelo, de modo que a la prdida de cualquiera de uno de ellos no se cierra todo el sistema. Con un gas tal sistema consta de otras estaciones (siempre y cuando exista suficiente capacidad de compresin) cuando una parte del sistema est desactivado por cualquier razn..Una modificacin en el tronco del sistema de la lnea principal es el uso de un anillo de distribucin de manera que el gas puede fluir a un colector de distribucin local desde cualquier direccin. En el punto de despegue, el colector de distribucin enva el flujo a cada pozo a travs de una tubera conectada directamente. Este mtodo de lnea o anillo de tronco tpicamente minimiza el requisito de inversin de una gran zona de campo, debido a que la lnea principal es menos costosa que un gran nmero de lneas individuales.Acondicionamiento de GasEl vapor de agua y los hidrocarburos ms pesados del gas se condensan en un sistema de distribucin y causan ya sea hidratos (congelacin) o lquidos pegados. A veces, los componentes de hidrocarburos pesados deben ser eliminadas mediante el procesamiento de campo local.Un sistema de refrigeracin, o un mtodo de refrigeracin de compresin / expansin, se pueden utilizar para enfriar la corriente de gas y condensar los hidrocarburos lquidos. Slo un gas de composicin muy rica provoca la condensacin de hidrocarburos lquidos. Situaciones tpicas en las que ocurre esto son: (1) la separacin a muy bajas presiones, donde la corriente del gas que va a la compresin tiene una alta fraccin de hidrocarburos pesados, (2) donde las temperaturas ambientales fras, enfran el gas y condensan los elementos pesados. La extraccin de hidrocarburos puede no ser necesario en todos los casos, pero el agua siempre debe ser eliminado para el buen desempeo del sistema.Una instalacin de refrigeracin para eliminar los hidrocarburos a menudo elimina una cantidad significativa de vapor de agua en el gas. Si una instalacin de procesamiento es innecesario, entonces, la deshidratacin de gas en la absorcin de trimetileno glicol se utiliza ms comnmente para retirar el vapor de agua de la corriente de gas.El agua en un sistema de gas lift causa la corrosin, babosas lquidas, y los hidratos. Sin embargo, cuando gases cidos no estn presentes, el gas no tiene que ser "hueso" seco. Si ningn gas cido esta presente, la cantidad aceptable de agua normalmente se establece por el operador, con una estimacin de la temperatura de los gases ms bajas en las noches fras de invierno.La temperatura ms baja esperada puede ser utilizada para predecir con hidratos de las curvas Katz, figura. 4-10. Si la "congelacin" se produce a temperaturas ms bajas, la eliminacin del agua (105 lb / millones de gas scf) puede ser estimada, figura 4-11. Por ejemplo, en 1000 psia y 120F, el contenido de agua es de 105 lb / millones de gas scf. En un (hidrato) a condiciones de "congelacin" de 40 F y 1000 psia, el contenido de agua es de 9 lb / millones scf. La deshidratacin debe remover 96 libras / millones de SCF para que el gas fluya a 40 F sin "congelacin".Si la temperatura de "congelacin" se produce con poca frecuencia, el metanol puede ser inyectado por un tiempo limitado hasta que la temperatura del gas se eleva por encima del punto de "congelacin". El metanol (y otros lquidos) deprimen la temperatura de "congelacin". Calentadores catalticos tambin se pueden usar en bobinas de entrada u otros puntos donde el gas se expande y se enfra por debajo de la temperatura de "congelacin". Estos mtodos pueden reducir el tamao del sistema de deshidratacin de glicol requerida como se ilustra en la Fig. 4 - 12.Gas con dixido de carbono excesivo (CO2) o sulfuro de hidrgeno (H2S) puede causar problemas de funcionamiento, tales como la corrosin, mantenimiento excesivo del compresor y la contaminacin del combustible. Estas impurezas son tambin los riesgos potenciales de seguridad. Un tipo de instalacin edulcorante, se aplica cuando el gas no puede ser utilizado en el campo, se extrae tanto C02 y H2S (gas cido agria) con un proceso de absorcin de amina. En este sistema, las soluciones de amina se ponen en contacto por la corriente de flujo de gas y se extraen los componentes de gas cido. El gas dulce retorna al sistema, mientras que en las soluciones de aminas se tratan eliminar los C02 y H2S.Cuando se utilizan sistemas de inhibicin y de metalurgia adecuados en el gas lift y en las instalaciones del pozo, el gas con H2S y CO2 puede ser utilizado en una buena instalacin de deshidratacin de glicol que elimine el vapor de agua. Sin embargo, un cuidadoso monitoreo se debe utilizar para asegurar que tales sistemas estn funcionando correctamente en todo momento.figura 4-10 - Las condiciones de formacin de hidratos de gas natural. Katz, et al., Manual de Ingeniera de Gas Naturalfigura 4-11- Contenido de agua del gas natural en equilibrio con agua Katz, et al., Manual de Ingeniera de Gas Naturalcompresin alternativaEl compresor alternativo es una mquina muy flexible en aplicaciones de elevacin de gas y ha demostrado ser muy popular en los ltimos aos en la mayora de los sistemas de la Costa del Golfo. La compresin alternativa se utiliza tpicamente cuando un gas de baja presin de succin debe ser comprimido a una alta presin de descarga y la velocidad de flujo de volumen es suficientemente baja para que una mquina centrfuga no se aplique. Los compresores alternativos son capaces de manejar diferentes presiones y los cambios en la gravedad especfica de gas o caudal de gas de descarga de succin.Estos compresores pueden ser montados sobre patines y se instalan en el lugar rpidamente y luego son movidos cuando finaliza el servicio. La alta velocidad de deslizamiento monta unidades que tienen tpicamente un compresor separable impulsado por un motor de 1000 rpm de 1500 (o menos) caballos de fuerza. La, baja velocidad y unidades integrales grandes (potencia y cilindros de los compresores en el mismo marco) se instalan en estaciones con numerosos sistemas de servicios de apoyo. Estas unidades de 300 rpm estn disponibles en tamaos de hasta 3.000 caballos de fuerza.La controladores de los compresores suelen ser unidades de motores de gas, pero pueden ser motores elctricos si la fuente de alimentacin de voltaje es adecuado. Los compresores de pistn alcanzan su flexibilidad (y la conveniencia de campo) mediante la descarga de los extremos del cilindro o aadiendo cmaras de liquidacin (botellas). Su principal limitacin es su bajo volumen de gas puesto. Para altas velocidades de flujo en los lugares internacionales, o en alta mar, una mquina centrfuga puede ajustarse mejor a la aplicacin.Los caballos de fuerza dependern del cambio de la presin de succin a la descarga, de la gravedad especfica del gas, y por medio de la tasa de puesto. Las curvas en la Fig. 4-13 se pueden usar para estimar los requerimientos de potencia. La tcnica de estimacin requiere una relacin de compresin general (presin de descarga absoluta dividida por succin presin absoluta) y una ruptura de esta relacin en etapas. Tpicamente, la relacin de compresin por etapas debe estar entre 2,0 y 3,8. Relaciones mayores tienden a elevar la temperatura de descarga en el cilindro del compresor a un valor que causa problemas de mantenimiento. La potencia se lee de las curvas (dada una relacin de compresin y la gravedad especfica de gas) como potencia corregida por milln de pies cbicos de gas comprimido. Los caballos de fuerza se leen partir de las curvas y se corrige utilizando los factores de temperatura y la desviacin del gas en condiciones de flujo reales. Estas curvas, junto con una descripcin ms detallada para la estimacin de caballos de fuerza del compresor, estn contenidas en el libro Ingeniera GPSA de datos (vase el nmero de referencia 32).Figura 4-12 - Unidad de deshidratacin de glicol-Cortesa de PETEXcompresin centrfugaLos compresores centrfugos son ms populares donde se requieren volmenes ms altos de rendimiento. Un compresor centrfugo es una mquina rotativa de alta velocidad impulsado por una turbina o un motor elctrico que tambin funciona a velocidades de rotacin elevadas. El compresor centrfugo puede llevar el gas desde un punto bajo de un motor elctrico que tambin opera a un muslo de velocidades de rotacin. El compresor centrfugo puede tomar el gas desde una presin de succin baja a travs de una presin de descarga adecuada para fines de inyeccin de gas lift, si el volumen de rendimiento es adecuada para la mquina y si se usan mltiples ruedas de compresor con refrigeracin entre etapas. Las mquinas centrfugas, debido a su alta velocidad de rotacin, pueden desarrollar una cantidad significativa de caballos de fuerza y sin embargo, ser fsicamente un paquete pequeo en comparacin con compresores de pistn. Adems, no tienen los marcos masivos de las mquinas alternativas, ni tienen las vibraciones perjudiciales a los servicios de la plataforma costa afuera.Un punto crtico en la compresin centrfuga es que las ruedas del compresor no funcionan satisfactoriamente en condiciones significativamente diferentes al diseo inicial. Por ejemplo, supongamos que la gravedad especfica del gas cambia drsticamente debido a la alteracin de la corriente de flujo de gas. La mquina puede funcionar con una eficiencia muy baja o tal vez no en absoluto. Por lo tanto, el usuario debe ser muy consciente de los cambios que podran alterar ya sea la gravedad especfica, la temperatura o la presin del gas.Las estimaciones de caballos de fuerza son basados en la relacin de compresin general, la presin, la temperatura, y la gravedad especfica del gas. Los mtodos para hacer estas estimaciones iniciales figuran en la seccin Libro de Datos Ingeniera GPSA en los compresores centrfugos.Figura 4-13 Caballos de fuerza aproximados requeridos para comprimir gases. GPSA-Engineering Data BookTuberas y sistema de distribucinTuberas, separacin, refrigeracin, deshidratacin, y la compresin, todos deben ser diseados para reducir al mnimo la inversin y sin embargo proporcionar un buen funcionamiento y cualidades de mantenimiento. Uno de los principales requisitos en las instalaciones de manipulacin de gas es proporcionar la separacin y el lavado que evite arrastre de lquido en un compresor. Tpicamente, tanto la separacin de entrada y depuradores de succin son necesarios. Jefes de la succin del colector deben minimizar las prdidas de presin de 1 psi. Las botellas de descarga de pulsacin de succin para compresores alternativos deben ser diseados para amortiguar los impulsos de presin, as como soportar la vibracin (para evitar grietas dueto vibracin). Un sistema de entrega de descarga adecuada, lejos de los compresores, se requiere con el fin de alimentar a los refrigeradores de gas aguas abajo y los separadores antes de la deshidratacin de glicol. El sistema de glicol debe contener refrigeracin, intercambiador de calor entre la corriente de gas y el glicol, as como un mtodo para facilitar el acceso y el mantenimiento del intercambiador de calor de glicol. Las instalaciones para la eliminacin de lquidos deben contener tambin tuberas de distribucin de gas.La necesidad de retirar ms tarde lquido puede ser evitado sin poner lquido en un sistema de gas. Por ejemplo, durante las pruebas del sistema (despus de la construccin) una purga de nitrgeno y la prueba de presin de nitrgeno se pueden utilizar en lugar de agua (sin embargo, las pruebas con agua son ms seguras). Otro ejemplo es hidrocarburos lquidos o agua. Cuando se utiliza agua para las pruebas, un enjuague de metanol se puede utilizar para eliminar el agua que permanece en el sistema. El diseo del sistema debe tambin incluir procesos de enfriamiento y deshidratacin que elimine la condensacin de lquido en el sistema. Incluso con estas precauciones, grifos de eliminacin de lquidos deben estar ubicados en lugares de baja elevacin convenientes en la estacin o en el sistema de distribucin por tuberas. Con frecuencia un raspado tambin puede ser necesario para eliminar el agua estancada en las zonas bajas.Medicin del GasLos medidores de orificio para la medicin de gas en el gas lift es uno de los mtodos de medicin ms fcil y ms barato. Sin embargo, tambin se pueden utilizar otros medios, tales como medidores de emisin de vrtices, medidores de turbina, o medidores de desplazamiento positivo. Esta discusin ser limitada al uso de medidores de orificio, ya sea con los registradores de cinta o computadores de flujo, ya que son los dispositivos ms comnmente usados para la medicin de gas. El orificio se puede utilizar para medir el gas debido a que la velocidad de flujo de gas es proporcional a la presin diferencial a travs de la placa de orificios. Cuanto mayor sea la velocidad de flujo a travs de un tamao de orificio dado, mayor ser la presin diferencial a travs del orificio. Los ejemplos de calculo de tarifa en el libro GPSA proporcionan esta informacin de clculo. figura 4-14 muestra GPSA nomenclatura utilizada en estos clculos.El mtodo tpico para el registro de la velocidad de flujo a travs de un orificio es utilizar el registrador de grficos. Los grficos pueden ser tanto grficos de raz cuadrada o grficos estndar, pero los grficos de raz cuadrada se utilizan ms comnmente. Dos lecturas de la grafica de raz cuadrada se utilizan en lugar de la presin del gas real en el medidor y la presin diferencial a travs del orificio. La lectura diferencial se puede ajustar por un estrangulador ajustable colocado justo aguas abajo del medidor. Lectura diferencial, lectura de la presin, la temperatura, la gravedad especfica, el tamao del orificio, y otros factores se utilizan para calcular la tasa de flujo (Fig. 4-15). La ecuacin de la grfica raz cuadrada es:Qg(mil scf/d) = Cpx Ch x (24 Horas Coeficiente)Cp = lectura de la presin de gas para una raz cuadrada caracteresCH = lectura de gas diferencial para un grfico de raz cuadrada24 Hour Coeficiente = Una constante calculada para el tubo de medidor, placa de orificio, la temperatura y la densidad del gas.La velocidad de flujo es proporcional a los cambios en la lectura diferencial, haciendo de este un mtodo fcil para la estimacin de gas por fuera y el ajuste de la estrangulacin.a= mximo dimensin transversal de un pasaje de paletas de enderezamiento.A = rea de la seccin transversal de un pasaje dentro de una paleta de enderezamiento montado.B = relacin del dimetro del orificio con el dimetro interno del medidor ejecutado, adimensional.C = el producto de multiplicar todos los factores de correccin de orificio.CNT = volumen indicado por el nmero de pulsos o conteo.Cpl = factor de correccin de la presin del lquido. Correccin en favor del cambio en el volumen resultante de la aplicacin de presin. Proporcional al factor de compresibilidad del lquido, que depende tanto de la densidad relativa y la temperatura. Ver API, Manual de Petrleo de medicin que las normas, Captulo 12, Seccin 2.Cps = factor de correccin para el efecto de la presin sobre el aceroCg = factor de correccin para la gravedad orificio probador bien para cambiar de una gravedad especfica de gas de 0,6Ctl = factor de correccin de temperatura del lquido. Proporcional al coeficiente trmico que vara con la densidad y de la temperaturaCts = factor de correccin para el efecto de la temperatura sobre el aceroD = dimetro del tubo interno (publicado) del orificio de medidor carrera, pulgd = dimetro del orificio, mme = espesor del borde del orificio, pulgE = espesor de la placa de orificio, mmF = factor de compresibilidad del lquidoFa = factor de expansin trmica orificio. Corrige la expansin o contraccin metlica de la placa de orificios. Generalmente ignorado entre 0 y 120 F. Fb = factor de orificio bsicaFg = factor de gravedad especfica aplicada a cambiar de una gravedad especfica de 1.0 (aire) a la gravedad especfica del gas que fluyeFgt = factor de temperatura de la gravedad para lquidosFWL = medidor del factor de localizacinFm = factor de manmetro. Se aplica slo a metros de mercurioFna = factor de conversin de unidades de tubos de PitotFpb = factor de base de presin aplicada a cambiar la base de presin de 14.73 psiaFpm = factor de presin aplicada a los volmenes del medidor para corregir a la presin estndarFpv = Factor de Supercompresibilidad necesario para corregir la desviacin de las leyes de los gases ideales d = 1 / ZFr = factor de nmero de Reynolds. Para corregir el factor de orificio de base calculado a la que fluye el nmero de Reynolds realFs = factor de vaporFs = factor de vapor del mercurio medidoFsl = factor de sellado de lquido. Aplicado a pocos metrosFtb = factor de temperatura base. Para cambiar la base de la temperatura de 60 F a otra base deseadaFtf = factor de temperatura que fluye para cambiar la temperatura que fluye asumida de 60 F a la temperatura real de flujoFtm = factor de correccin de la temperatura aplicada a los volmenes del medidor de desplazamiento para corregir la temperatura estndarG, GI = gravedad especfica a 60 FGf = gravedad especfica a fluir temperaturaH = presin, en pulgadas de mercurioHm = presin diferencial medida a travs de la placa de orificio en pulgadas de mercurio a 60 FHu = lectura diferencial de L-10 grfica (ver pg. 3-42)Hw = presin diferencial medida a travs de la placa de orificio en pulgadas de agua a 60 FHWPF = Extensin de la presin. La raz cuadrada de la presin diferencial por la raz cuadrada de la presin esttica absolutak = coeficiente de calor especfico a presin constante para el calor especfico a volumen constanteK = una constante numrica. Los pulsos generados por unidad de volumen a travs de una turbina o un medidor de desplazamiento positivoL = longitud de enderezado del elemento de aletaM = Factor del medidor, L-10 grficaMF = factor del medidor, un nmero que se obtiene dividiendo el volumen real de lquido que pasa a travs del medidor durante la prueba del volumen registrado por el medidor.P= Presin, psiPf = Presin esttica ya sea de la toma de presin aguas arriba o aguas abajo, psiaPu = lectura de la presin en el L-10 tablaQ = caudal de gas, pies cbicos / daQh = velocidad del flujo, generalmente en pies cbicos / hr gal / hrRh = mxima distancia diferencial, en caso del aguaRP = rango de presin mxima de resorte de presin, psiS = cuadrado de SupercompresibilidadTb = Temperatura de referencia absoluto o condicin base, RTf = temperatura del fluido, FY = factor de expansin para compensar el cambio en la densidad como el fluido pasa a travs de un orificioYCR = constante de flujo crticoZ = factor de compresibilidadFigura 4-14 - GPSA nomenclatura utilizada en la medicin de gasEl computador de flujo, es un dispositivo electrnico, que se utiliza a veces para calcular la tasa de gas. Puede mostrar el valor como la cantidad acumulativa o proporcionar una lectura de la frecuencia instantnea. El dispositivo tiene diales que pueden ser ajustados por el especialista en electrnica para corresponder a la temperatura, tubo del medidor, dimetro del orificio, y los factores de gravedad especfica. Aunque el ordenador de flujo muestra la velocidad de flujo como un por ciento de la escala completa, que es ms importante, el volumen se tabula en pies cbicos (o algn mltiplo) muy similar a un contador de desplazamiento positivo. Este mtodo totalizador mide los metros cbicos de entrada de gas en el pozo por el tiempo transcurrido, ya sea una prueba de seis horas, una prueba de cuatro horas o un perodo de siete das. Esta caracterstica es muy til tanto para corto plazo, as como para anlisis a largo plazo del pozo porque as se mejora la precisin de las pruebas.Ejemplo: TASA DE GAS (Factores de GPSA)Figura 4.15 Ejemplo del problema de raz cuadrada (L-10) grfica.