Analisis Nodal-Produccion petrolera

1. HERNAN ALEJANDRO CLAROS MERIDA C6003-8
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ANALISIS NODAL
NOMBRE: HERNAN ALEJANDRO CLAROS MERIDA
CODIGO: C6003-8
MATERIA: PRODUCCION PETROLERA II
DOCENTE: INGENIERO GARY CARTAGENA
FECHA: 13 DE NOVIEMBRE DE 2018
COCHABAMBA

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ANALISIS NODAL
INTRODUCCIÓN
El análisis nodal es un proceso metodológico, que consiste en la evaluación de los
sistemas de producción y el estudio del comportamiento del sistema pozo-
formación, analizando la respuesta de estos sistemas a cualquier variación
intencional en las variables operacionales involucradas en el proceso de
producción. Al comparar la configuración original y las alternativas, unas con otras,
se determinan las condiciones de operación más óptimas para continuar la
producción
El análisis nodal es utilizado ampliamente en muchos campos hoy día, su aplicación
a sistemas de producción de pozos de petróleo y gas permite optimizar su
producción determinando ciertas condiciones de operación.
Todo pozo productor es perforado y completado con el fin de conducir petróleo o
gas desde su ubicación original en el yacimiento hasta los tanques de
almacenamiento o líneas de venta según sea el caso. Transportar estos fluidos
requiere energía para superar las perdidas por fricción a través del sistema de
producción y lograr llevarlos hasta la superficie. Los fluidos deben desplazarse a
través del yacimiento y el sistema de tuberías y por último entrar a un separador
para lograr la separación gas-liquido.
OBJETIVO GENERAL
 El objetivo principal de este trabajo es entender la técnica del Análisis Nodal,
y de esta manera aplicarlo en la producción de pozos para un mejor
rendimiento técnico y económico.

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OBJETIVOS ESPECÍFICOS
 Conocer la clasificación de los nodos y su ubicación correcta dentro del
sistema de producción.
 Evaluar cada componente del sistema de producción para identificar cuales
están originando restricciones del flujo innecesariamente.
 Conocer todo el sistema de producción y sus componentes.
 Analizar las curvas de oferta y demanda de energía.
 Optimizar el sistema de producción a la tasa de flujo que haga resultar el
proceso más económico.
DESARROLLO
El análisis nodal es presentado para evaluar efectivamente un sistema completo de
producción, considerando todos los componentes del sistema comenzando por la
presión de reservorio Pr y terminando en el separador, incluyendo el flujo a través
del medio poroso, flujo a través de las perforaciones de terminación, flujo a través
de la tubería de producción con posibles restricciones de fondo, flujo por la línea
horizontal pasando a través del estrangulador en superficie hacia el separador.
El objetivo principal del análisis nodal, es el de diagnosticar el comportamiento de
un pozo, optimizando la producción, variando los distintos componentes manejables
del sistema para un mejor rendimiento económico.
Para que ocurra el flujo de fluidos en un sistema de producción, es necesario que la
energía de los fluidos en el reservorio sea capaz de superar las pérdidas de carga
en los diversos componentes del sistema. Los fluidos tienen que ir desde el
reservorio hacia los separadores en superficie, pasando por las tuberías de
producción, equipos superficiales en cabeza de pozo y las líneas de surgencia.
MARCO TEORICO
ANALISIS NODAL EN SISTEMAS DE PRODUCCION
El pozo es capaz de producir por FLUJO NATURAL. A través del tiempo, en
yacimientos con empuje hidráulico, los pozos comienzan a producir con altos cortes
de agua la columna de fluido se hará más pesada y el pozo podría dejar de producir.

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Similarmente, en yacimientos volumétricos con empuje por gas en solución, la
energía del yacimiento declinará en la medida en que no se reemplacen los fluidos
extraídos trayendo como consecuencia el cese de la producción por flujo natural.
Entre los métodos de Levantamiento Artificial de mayor aplicación en la

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Industria Petrolera se encuentran: el Levantamiento Artificial por Gas (L.A.G),
Bombeo Mecánico (B.M.C) por cabillas de succión, Bombeo Electro-Centrifugo
Sumergible (B.E.S), Bombeo de Cavidad Progresiva (B.C.P) y Bombeo Hidráulico
tipo Jet ( B.H.J).
El objetivo de los métodos de Levantamiento Artificial es minimizar los
requerimientos de energía en la cara de la arena productora con el objeto de
maximizar el diferencial de presión a través del yacimiento y provocar, de esta
manera, la mayor afluencia de fluidos sin que generen problemas de producción:
migración de finos, arenamiento, conificación de agua ó gas, etc.
NODOS
Un nodo es el punto donde existe un cambio en el régimen o dirección de flujo. Los
cuales se pueden dividir en nodo Común y nodo fijo.
NODO FIJO
Son los puntos terminales e inicial del sistema de producción, donde no existe una
caída de Presión.
NODO COMÚN
Este es el nombre que recibe una sección determinada de un sistema de producción
donde se produce una caída de presión, las caídas de presión están expresadas
por ecuaciones físicas o matemáticas que relacionan la presión y caudal.
Todos los componentes aguas arriba del nodo, comprenden la sección de flujo de
entrada (inflow), en cuanto a la sección de flujo de salida (outflow) agrupa todos los
componentes aguas abajo. Es importante notar que para cada restricción localizada
en el sistema, el cálculo de la caída de presión a través del nodo, como una función
del caudal, está representado por la misma ecuación general:
∆𝑃 = 𝑄
𝑛
Una vez el nodo es seleccionado, se realiza un balance de presiones que
representan al nodo:

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Estas relaciones deben cumplir los siguientes requisitos:
1) El caudal que ingresa al nodo debe ser igual al de salida.
2) Solamente existe una presión en el nodo.
ELEMENTOS USADOS EN EL SISTEMA DEL ANÁLISIS NODAL
Considerando las variadas configuraciones de pozos de un sistema de producción,
estos elementos, también llamados componentes, pueden ser muchos debidoa que
existen sistemas muy complejos de terminación. Los más comunes están
representados en la Figura 1.3.
UBICACIÓN DE LOS NODOS COMPONENTES
Observando la Figura 1.3, podemos determinar las posiciones de los nodos
componentes más comunes, siendo estos modificados de acuerdo a necesidades y
requerimientos del sistema de producción o políticas de producción adoptadas.
COMPONENTES QUE INTERVIENEN EN EL ANÁLISIS NODAL
En función a la necesidad que se tiene de cada uno de los elementos que
intervienen como componente de un sistema de producción, definiremos la
funcionalidad de los más importantes.
SEPARADOR
En el proceso de separación de petróleo y gas en los campos, no existe un criterio
único para establecer las condiciones más adecuadas de producción óptima de los
equipos. El análisis nodal TM, está orientado a obtener ciertos objetivos puntuales
que nos den condiciones de máxima eficiencia en el proceso de separación;
obteniendo de esta manera:

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 Alta eficiencia en el proceso de separación de gas –Petróleo
 Mayor incremento en los volúmenes de producción
 Incremento en la recuperación de líquido
 Disminución de costos por compresión
 Estabilización de gas-condensado
LÍNEA DE FLUJO HORIZONTAL
Este componente, es el que comunica la cabeza del pozo con el separador y donde
el fluido presenta un comportamiento que obedece a las condiciones adoptadas
para el sistema de producción de los pozos.
El tratamiento del componente para flujo horizontal, puede ser analizado usando las
diversas ecuaciones y correlaciones presentadas por investigadores que han
estudiado la incidencia, que puede tener este componente, sobre el conjunto del
sistema en su interrelación con los demás nodos.
LÍNEA DE FLUJO VERTICAL
Este componente es el que comunica el fondo del pozo con la superficie, donde el
fluido presenta un comportamiento que obedece a las condiciones de presión y
temperatura, que están de acuerdo a la profundidad. En este componente existe la
mayor pérdida de energía del sistema, que va desde el 20 al 50 % de acuerdo a la
relación gas / condensado y corte de agua.
PRESIÓN FLUYENTE
Esta es muy importante para el sistema, ya que de ella depende toda la capacidad
de la instalación que se desea conectar al reservorio a través del pozo y así producir
todo el campo.
Esta presión, es medida en el fondo del pozo y tomada en el punto medio del nivel
productor. Su determinación se la hace en una forma indirecta utilizando
herramienta mecánica o electrónica de toma de presión, o también se la puede
calcular utilizando correlaciones.
COMPLETACIÓN O PERFORACIONES EN EL FONDO
Este nodo es muy importante en el sistema de producción debido a que comunica

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el reservorio con el pozo, y de él depende mucho el potencial de entrega de pozo,
debido a la disminución del área por donde debe pasar el fluido, la cual puede ser
expresada por correlaciones.
ANÁLISIS DEL SISTEMA EN EL FONDO DE POZO
Si colocamos el nodo solución en el fondo de pozo, esto nos permite aislar el
reservorio de las tuberías tanto vertical como horizontal; dando la posibilidad de
estudiar varios efectos, podemos estudiar la sensibilidad al diámetro de tubería
manteniendo los parámetros de reservorio constante y la sensibilidad de los
parámetros de reservorio como la permeabilidad, daño, conductividad.
La ecuación de flujo de entrada y salida respectivamente son:
EFECTO DE AGOTAMIENTO DEL RESERVORIO
Al aislar los componentes de las tuberías tanto vertical como horizontal, podemos
observar el efecto de Agotamiento del reservorio, con su disminución de su
capacidad productiva, conforme transcurre el tiempo. Teniendo en cuenta los
cambios de la relación gascondensado
RGC y el corte de agua.
Las intersecciones de las curvas aguas arriba y aguas abajo para las mismas
condiciones de la presión de reservorio, da como resultado las capacidades de
producción para esta relación (ver figura 1.8).
Mantener la producción en un caudal constante, implicaría una disminución de la
presión de fondo fluyente a medida que la presión del reservorio declina. Existen
dos formas para lograr esto:
 La primera, es instalando un compresor para reducir la presión del
separador.

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 La segunda, es instalando una línea de flujo y tuberías de mayor diámetro
para disminuir la caída de presión en el sistema de tuberías.
ANÁLISIS DEL SISTEMA NODO EN CABEZA DE POZO
Con la ubicación del nodo de solución en la cabeza del pozo (nodo 5), la línea de
flujo horizontal está aislada facilitando el análisis de cambio de diámetro de la misma
y de la caída de presión en la línea o conducto.
Nuevamente el sistema total es dividido en dos componentes, constituyendo el
separador y la línea de flujo horizontal como un componente, y el reservorio más la
sarta de tubería vertical como un segundo componente; ver la figura 1.9 muestra, el
primer componente. La línea de flujo empieza con la presión de separación
incrementándose, la presión en la línea de acuerdo a la pérdida de presión debido
a los efectos de fricción y aceleración, determinándose la presión final en cabeza
de pozo para mover el caudal asumido. La Figura 1.10, muestra el segundo
componente del sistema; la línea de flujo empieza con la presión de reservorio, la
cual va disminuyendo de acuerdo a las restricciones encontradas, primeramente, se
debe descontar la pérdida de presión obtenida en las perforaciones en el caso que
el pozo este completado, luego se descuenta la pérdida de presión por elevación,
fricción y aceleración obtenida en la tubería vertical encontrando la presión en
cabeza para cada caudal asumido.
ANÁLISIS DEL SISTEMA EN EL SEPARADOR

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Con la ubicación del nodo en el separador se puede dividir el sistema en dos
componentes, para optimizar la presión de separación, con los distintos diámetros
de choques en el caso de que existan. El primer componente del sistema es el
separador. El segundo componente del sistema muestra el reservorio, tubería y
líneas de flujo. La Figura 1.11 nos muestra el efecto de la presión de separación
para los distintos choques y el máximo caudal que podríamos obtener. La solución
es obtenida haciendo el gráfico, como calculado para la Psep vs
qsc, como Psc calculado para la relación:
El incremento o reducción de presión del separador, está ligado al comportamiento
del sistema de tubería y en particular a la línea de flujo. Al disminuir la presión del
separador se logra un incremento en el caudal del pozos y para los pozos de alta
productividad se ve reflejado mucho mejor. Muchas veces existe el criterio erróneo
de producir un pozo bajo condiciones de flujo subcrítico, siendo mejor producir bajo
condiciones críticas eliminando el efecto de contrapresión del separador al
reservorio, dejando baches de líquido en el fondo.
En pozos con baja productividad, el componente restrictivo puede ser el mismo
reservorio y un cambio de presión del separador tendrá un efecto insignificante
sobre el caudal, porque adicionales caídas de presión ofrecen pequeños
incrementos en la producción.
CONCLUSIONES
 El análisis nodal es una herramienta de optimización usada no solo en pozos
con alto
 caudales de productividad sino también en pozos de baja productividad.
 Mediante el análisis nodal podemos diagnosticar el comportamiento de un
pozo para poder optimizar la producción, eliminando o minimizando las

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restricciones de flujo tanto en superficie como en el subsuelo.
 El sistema de producción está compuesto principalmente por: yacimiento,
completación, pozo y línea de flujo superficial.
 La pérdida de energía depende principalmente del tipo de fluido y del caudal
del flujo transportado en el componente.
 Gracias a los simuladores podemos hacer el balance de energía en
diferentes puntos (nodos) en todo el sistema de producción.
 El balance de energía se lo puede obtener de forma numérica o de forma
gráfica. Necesariamente se debe disponer de un modelo matemático.
 La posición de los nodos y sus componentes son modificados de acuerdo a
las necesidades y requerimiento de todo el sistema de producción.
 La mayor pérdida de energía está en la línea de flujo vertical, debido a la
diversidad de componentes y trayectoria del sistema de producción.
BIBLIOGRAFÍA
 “Explotación Del Gas Y Optimización De La Producción” – Autor: Ing. Jose
Luis Rivero
 Sandoval.
 “Análisis Nodal En La Optimización De La Producción De Los Pozos Del
Campo Colorado”
– Autor: Ricardo Jose Díaz Viloria