Trabajo antiguo, nuevos equipos | Crystal

Patrick Klima de Crystal Engineering explora nuevas opciones para instrumentos que diagnostiquen y monitoreen mecanismos artificiales de elevación.

En todo el mundo, el 85% de los pozos petróleros y de gas utilizan alguna forma de elevación artificial y casi todos estos pozos requieren simulación en algún punto durante su producción. El mecanismo común de elevación artificial incluye bombas de balancín, elevación de gas por inyección, bombas sumergibles y bombas hidráulicas; los cuales requieren optimización periódicamente. Para realizar los ajustes apropiados, los operadores deben registrar la presión en revestimientos y tuberías del pozo simultáneamente. Los datos resultantes informan a los técnicos sobre las características del pozo, ayudan a determinar cuando pasar de estimulación continua a intermitente y proporciona una métrica para juzgar los ajustes óptimos y la duración de los intervalos. Existe una variedad de técnicas para tomar estas y otras mediciones al interior del pozo. El uso de instrumentos de excavación es costoso y conlleva un cierto grado de riesgo, tanto para el cumplimiento del objetivo, para el personal y para el instrumento mismo. Mientras tanto, sólo se utilizan herramientas imprecisas, tales como registradores gráficos a dos líneas o manómetros convencionales, para realizar mediciones en la superficie. Hay una nueva clase de instrumento, llamado Registrador de Referencia, que hace estas mediciones más sencillas.

Seguimiento seguro en la superficie

Cuando se utiliza un registrador de referencia para mediciones en la superficie, en lugar de un equipo al interior del pozo, se protege al mismo pozo de daños por algún instrumento perdido y evita que incremente el riesgo de una explosión o una pérdida del sellado. El riesgo de recibir un daño por exposición a altas presiones o al sulfato de hidrógeno también disminuye. Los pozos con desviación elevada, iguales temperaturas en el fondo o una perforación irregular son especialmente adecuados para mediciones en la superficie. Un registrador de referencia es fácil de transportar, permite mediciones intrínsecamente seguras y prolongadas usando baterías, evitando los costos de equipos alámbricos u otros.

Conexión del registrador de referencia

Conectar un registrador de referencia para mediciones en la superficie es sencillo como se muestra en la figura 1, las presiones de entrada de la tubería y del revestimiento deben unirse lo más cerca posible al pozo. La presión de entrada del revestimiento debe estar a la salida del obturador de entrada y la entrada de presión de la tubería debe estar a la entrada del cuerpo del obturador y de cualquier otra restricción. En esta configuración, los técnicos pueden usar la información del registrador de referencia junto con información adicional para optimizar los controles en la superficie, ubicar problemas en la misma e identificar problemas al interior del pozo.

Diagnóstico de elevación de gas por inyección utilizando un registrador de referencia

Las siguientes imágenes demuestran como la salida de un registrador de referencia puede ayudar a diagnosticar problemas en un pozo simulado. Las figuras de la 2 a la 5 muestran gráficas de las presiones en tuberías y revestimientos en pozos inyectados por elevación artificial. Unos operan adecuadamente y otros no. Las gráficas de doble presión hacen obvia la diferencia.

La figura 2 muestra un pozo que fluye de manera normal y continua. La presión en tubería indica baja contra presión y que los niveles de producción y las proporciones de gas líquido son aceptables, este pozo no necesita mayor optimización. La figura 3 muestra un pozo similar al de la figura 2, pero con un obturador de inyección que se congela ocasionalmente. El reto para un problema como este es que puede pasar desapercibido fácilmente. Un pozo desatendido y sin monitorear puede operar de esta manera durante periodos prolongados antes de ser detectado. Una vez que el técnico identifica el defecto, se pueden emplear varias soluciones. La figura 4 muestra el modo normal de operación de un pozo que fluye intermitentemente. Los rápidos ciclos de reducción y acumulación indican un funcionamiento apropiado de la válvula. La curva de presión en tubería registra respuestas bruscas en presión, que indican buena recuperación de viscosidad. La figura 5 muestra otro pozo de flujo intermitente. Este pozo tiene un ciclo intermitente muy lento. La gráfica sirve de forma indicativa que muestra claramente el cambio de presión cuando la segunda válvula es abierta.

Requerimientos para equipos que monitoreen en la superficie operaciones de levantamiento artificial

Un servicio prolongado en un yacimiento petrolífero significará importantes exigencias en un instrumento. Los equipos deben ser lo suficientemente resistentes para poder operar de manera continua y precisa en ambientes donde se lleva a cabo la producción de petróleo y gas. Los requerimientos de diseño para un dispositivo destinado al monitoreo en superficie no pueden verse comprometidos. Aunado a esto, los operadores tienen una tendencia hacia los dispositivos digitales para satisfacer las siempre cambiantes regulaciones de la industria en aumento. La habilidad de proporcionar información sobre pruebas realizadas se ha vuelto fundamental. Los graficadores y los manómetros de presión han significado equipos con limitaciones en el negocio del petróleo y el gas por décadas. Estos dispositivos trajeron importantes avances que los técnicos necesitaban, así que se volvieron comunes, a pesar de sus inconvenientes y la necesidad de llevar dispositivos individuales para tareas separadas.

A pesar de su universalidad, los manómetros de presión (especialmente los analógicos) son comúnmente frágiles. Existen versiones de campo, pero fuera del laboratorio la exactitud puede degradarse debido a la temperatura ambiente. Estos son útiles como manómetros de procesos por que se actualizan constantemente, no necesitan baterías y dan indicaciones intuitivas de si un proceso se encuentra dentro de los parámetros aceptables. Más allá de estas aplicaciones, los manómetros analógicos resultan más problemáticos. Sus diafragmas metálicos los hacen susceptibles a daños por sobre-presión. Su exactitud es comúnmente baja y su resolución se limita a como esté impreso el indicador. Por otra parte, sólo pueden mostrar lecturas en un solo sistema de unidades y la toma de estas requiere tiempo y capacitación.

Los graficadores utilizan bolígrafos montados en brazos de soporte para producir una gráfica en una tira de papel móvil. Su principal ventaja es la habilidad para registrar durante periodos prolongados en locaciones remotas. Hay graficadores con gabinetes a prueba de agua, pero su excesivo tamaño y peso los hacen poco prácticos. Deben de manejarse con cuidado al registrar, para evitar interferir con los brazos mecánicos. El papel donde se registran los datos debe reemplazarse, protegerse de los elementos y devuelto al laboratorio para análisis. Para utilizar los datos registrados cuando el graficador está lleno, la gráfica debe interpretarse manualmente por un técnico o escaneada y procesada por una computadora. Además, la exactitud de un graficador depende de los cambios en las condiciones del ambiente, así como del grosor de los bolígrafos, el cual provoca un error alrededor del 1% en la lectura registrada.

Los registradores de referencia, como el nVision Reference Recorder como el que se muestra conectado a un pozo de gas en las figuras 6a y 6b, están a punto de reemplazar los graficadores y otros equipos en los yacimientos petrolíferos en ciertas aplicaciones, como parte de una creciente tendencia hacia usar un solo dispositivo multi-propósito para varias tareas.

Un registrador de referencia es protegido por un chasis ligero y duro de poliuretano, capaz de soportar impactos, cambios de temperatura y sumersión bajo el agua. Estos dispositivos leen las salidas por módulos, los cuales detectan temperatura, corriente o tensión y almacenan la información en una memoria digital. Estos módulos son comúnmente intercambiables y los registradores generalmente aceptan dos entradas a la vez.

Los registradores modernos pueden ser extremadamente exactos. Estos logran su exactitud por medio del algoritmo matemático apropiado que corrige el error por temperatura ambiente. Sus módulos intercambiables permiten mediciones de alta exactitud en un amplio intervalo de presión, en cualquier sistema de unidades y un menú que permite la personalización y características especiales.

Ventajas de un registrador de referencia.

Utilizar un registrador de referencia tiene múltiples ventajas por sobre otros equipos. Aparte de mayor exactitud y resistencia al ambiente, la información puede ser descargada durante la medición y transmitida a alguna locación céntrica para su análisis. Como parte de una industria que tiende a reemplazar los obsoletos instrumentos para tareas específicas con dispositivos que completan múltiples trabajos, un registrador de referencia sirve de doble propósito. Primero almacena sus lecturas continuamente con una velocidad de 10 lecturas por segundo, permitiendo al operador almacenar una prueba completa de principio a fin. Segundo, actúa como una consistente y exacta referencia de grado laboratorio, incluso para calibraciones realizadas en campo. Los registradores de referencia tienen por lo regular una extensa capacidad de memoria, no es inusual para estas unidades poder almacenar hasta un millón de datos en una sola sesión de registro. Al utilizar un registrador de referencia, los técnicos pueden realizar pruebas en cualquier clima y examinar e incluso descargar sus propios resultados mientras almacenan. Los registros de largo plazo se vuelven necesarios en cualquier lugar, un registrador de referencia toma el lugar de un graficador con mayor exactitud y almacenamiento digital de información la cual exporta a Excel desde cualquier laptop. Hasta ahora, el técnico con la necesidad de documentar los datos de sus pruebas como auténticas, había tenido opciones muy limitadas. Podría utilizar un graficador para producir una copia impresa de su medición, pero sería una prueba poco confiable. Los bolígrafos del registrador gráfico se pueden manipular para generar un gráfico sin siquiera hacer presión. Los registradores digitales requieren una presión real de entrada para almacenar información, pero más comúnmente, sus datos sólo se exportan a una hoja de cálculo o archivo de texto. Una vez exportado, no hay forma de probar que esa información haya sido modificada. Ya que algunos registradores de referencia vienen con una interface para PC y software, existe una gran posibilidad de que el dispositivo pueda crear registros digitales a prueba de manipulaciones directamente desde sus datos almacenados. En la actualidad, el método típico es exportar hacia un PDF estandarizado de acuerdo a la industria. Este método de exportación hace imposible editar los datos almacenados por el registro de referencia.

Una perspectiva para el futuro

A nivel mundial, los inventarios de equipos de prueba se hacen más viejos. Los registradores de referencia se posicionan como los obvios reemplazos. Estos combinan las características más útiles de los graficadores y de los manómetros de presión, mientras que ofrecen una capacidad de almacenamiento y calibración de laboratorio sin precedentes en cualquier medio ambiente de los yacimientos petrolíferos. Cuando las tecnologías en alimentación de baterías y la exactitud de los sensores mejoren, estos dispositivos tomarán un papel protagónico en varias aplicaciones de pruebas en toda la industria.