Nel ciclo di vita dei pozzi di petrolio e gas, la pressione del serbatoio naturale alla fine declina, riducendo la capacità di produrre idrocarburi a prezzi economici. I metodi di sollevamento artificiale sono utilizzati per mantenere o aumentare la produzione da tali pozzi maturi. Tra le varie tecniche - tra cui pompaggio asta, pompe submersible elettriche (ESPs), e pompe di cavità progressiva (PCPs) - l'ascensore del gas si distingue per la sua semplicità, flessibilità e l'efficacia dei costi.

Comprensione della tecnologia di sollevamento del gas

L'ascensore del gas è un metodo di sollevamento artificiale che si basa sull'iniezione del gas, gas naturale compresso in modo manuale, ma occasionalmente azoto o anidride carbonica, nella stringa di produzione. Il gas iniettato si mescola con i fluidi prodotti, riducendo la testa idrostatica e la densità effettiva della colonna.

L'iniezione del gas avviene attraverso le valvole di sollevamento ] strategicamente posizionate lungo il tubo. Queste valvole sono progettate per aprire e chiudere a pressioni specifiche, controllando il punto di entrata del gas nella colonna del fluido.

  • Sollevatore di gas continuo:[ Il gas viene iniettato continuamente a una profondità predeterminata, fornendo una riduzione costante della densità dei fluidi. Questo metodo viene utilizzato nei pozzi con produttività moderata ad alta e condizioni di serbatoio relativamente stabili.
  • Sollevatore a gas intermittente:[] Il gas viene iniettato in doghe periodiche, spingendo una fessura liquida alla superficie tra iniezioni. Questa tecnica è adatta per pozzi a bassa produttività o quelli con alto taglio d'acqua.

La scelta tra ascensori continui e intermittenti dipende dalle caratteristiche del serbatoio, dalla geometria e dalla capacità del compressore disponibile.I progressi nella progettazione delle valvole e nei sistemi di controllo delle superfici hanno reso l'ascensore del gas adattabile ad una vasta gamma di condizioni, dai completamento offshore ad alta velocità ai pozzi marginali onshore.

Componenti chiave di un sistema di sollevamento a gas

Un'installazione completa di sollevatori di gas comprende diversi elementi critici:

  • Compressori di gas:[] Compressori di superficie o di scarico che sollevano la pressione del gas al livello di iniezione richiesto.
  • Gas linee di iniezione:[] Piping che trasporta il gas compresso dal compressore alla testa di pozzo e giù l'annullamento.
  • Valvole di sollevamento:[] Valvole a senso unico installate in mandrino a tasca laterale o direttamente nella stringa di tubatura. Ogni valvola viene calibrata per aprire ad una certa pressione di involucro e chiudere a una pressione inferiore.
  • Strumenti di isolamento o di blocco:[] Per evitare che il gas bypassi il punto di iniezione previsto e di dirigere il gas nel tubo.
  • Sistema di controllo superficie:[[] Monitora la pressione di iniezione, i tassi di flusso e la pressione della testa, consentendo agli operatori di ottimizzare l'iniezione del gas in tempo reale.

La società ] di Petroleum Engineers (SPE)[[] fornisce vaste risorse tecniche sulla progettazione e la risoluzione dei problemi dell'ascensore del gas.

Come il sollevamento del gas estende la buona durata

Come un serbatoio esaurisce, le forze di guida naturali — l'azionamento del gas di soluzione, l'azionamento dell'acqua o l'espansione del tappo del gas — hanno colpito. Senza intervento, molti pozzi cesserebbero di scorrere molto prima che le riserve recuperabili siano esaurite.

Mantenere la pressione di riserva

Riducendo la pressione idrostatica nel tubo di produzione, l'ascensore del gas abbassa la pressione di flusso del foro inferiore (BHFP). Un BHFP inferiore aumenta il differenziale di pressione tra il serbatoio e il pozzo, sostenendo o anche aumentando il flusso dalla formazione. Questo effetto è particolarmente importante nei serbatoi con bassa permeabilità o quelli che soffrono di deplezione della pressione.

Ridurre lo stress meccanico su attrezzature per il buco

Nei pozzi che utilizzano altri metodi di sollevamento meccanico, come le pompe asta o gli ESP, i componenti sono soggetti a usura continua da frizione, solidi e liquidi corrosivi. L'ascensore del gas, al contrario, non ha parti di movimento del downhole (oltre alle valvole), le valvole sono relativamente semplici e robuste, riducendo la frequenza di interventi e riparazioni, abbassando i costi di funzionamento e prolungando il tempo tra interventi.

Abilitare la vita di produzione più lunga attraverso la flessibilità operativa

Poiché il taglio dell'acqua aumenta o diminuisce la pressione del serbatoio, gli operatori possono aumentare il volume del gas di iniezione o cambiare il punto di iniezione selezionando una valvola più profonda. Questa flessibilità consente di sintonizzare il metodo di sollevamento durante la vita del pozzo senza grandi cambiamenti di apparecchiatura. Ad esempio, un pozzo può iniziare su sollevamento continuo e transizione al passaggio all'ascensore intermittente come caduta dei tassi liquidi, o passare a una fonte di gas di pressione superiore sotto la soglia di serbatoio.

Minimizzante produzione di acqua e sabbia

Riducendo il dispendio, la differenza tra pressione del serbatoio e pressione del foro inferiore, l'ascensore del gas aiuta a controllare il cono dell'acqua, il movimento verso l'alto dell'acqua da un'aquifero nel pozzo. Il dispendio eccessivo può tirare l'acqua nelle perforazioni, aumentando il taglio dell'acqua e riducendo la produzione di olio.

Migliorare l'efficienza della manica nei progetti di recupero dell'olio migliorato (EOR)

Nei serbatoi sottoposti a iniezione di gas o a galleggiamento ad acqua, il gas lift può completare il processo EOR. Il gas di sollevamento iniettato può mescolarsi con i liquidi di serbatoio, migliorando l'efficienza di spazzamento e recupero. Alcuni operatori ricorrono a gas prodotto per l'ascensore, riducendo la necessità di smaltimento separato e abbassando l'impronta ambientale.

Vantaggi della tecnologia di sollevamento del gas su altri metodi di sollevamento artificiali

Mentre ogni sistema di sollevamento artificiale ha la sua nicchia, il sollevatore a gas offre vantaggi distinti che lo rendono la scelta preferita in molti sviluppi del campo.

Costo-efficacia e bassa manutenzione

Le spese iniziali di capitale per il gas lift sono spesso inferiori a quelle per le pompe ESP o asta, soprattutto in luoghi offshore o remoti dove l'infrastruttura elettrica è limitata. I costi operativi sono principalmente legati alla compressione del gas e alla manutenzione della valvola. Poiché non viene utilizzato alcun dispositivo di rotazione o di ricambio per downhole, i guasti dovuti all'usura delle parti in movimento sono rari.

Flessibilità in risposta alle condizioni di cambiamento

Molti moderni sistemi di sollevamento del gas incorporano controller digitali che modulano automaticamente la pressione di iniezione e il volume basato su dati in tempo reale del downhole. Questa adattabilità è un grande vantaggio quando il comportamento del serbatoio è incerto o quando più pozzi condividono un sistema di compressione.

Suitability per diverse geometrie

E 'efficace anche nei pozzi con elevati rapporti gasolio (GOR) perché il gas prodotto eccedenza può essere utilizzato per l'ascensore, rendendo il sistema autosufficiente. Nelle piattaforme offshore, dove spazio e peso sono limitati, il gas ascensore è spesso l'unico metodo pratico di sollevamento artificiale perché i compressori possono essere situati in superficie e più pozzi possono essere serviti da un'unica unità di compressione.

Resistenza ai solidi e ai fluidi corrosivi

A differenza degli ESP, che sono vulnerabili all'erosione dei solidi e all'accumulo di scala, le valvole di sollevamento del gas sono meno sensibili alla sabbia, alla scala e alla corrosione. Le parti mobili in una valvola sono limitate e possono essere realizzate con materiali resistenti alla corrosione.

Progettazione e ottimizzazione del sistema di sollevamento del gas

Un design ottimizzato per il sollevamento del gas è fondamentale per raggiungere la massima produzione e una lunga durata. Gli ingegneri devono considerare la pressione del serbatoio, l'indice di produttività, la dimensione del tubo, la disponibilità del gas e la spaziatura della valvola.

  • Raccolta dati:[ Ottenere dati di pozzo e serbatoio, comprese le curve IPR, proprietà fluide e gradiente di temperatura.
  • Valvola progettazione di posizionamento:[[]] Utilizzare software di analisi nodale per determinare il numero ottimale e la spaziatura delle valvole di sollevamento del gas. L'obiettivo è quello di iniettare gas al punto più profondo possibile per ridurre al minimo i requisiti di compressione evitando perdite di pressione eccessive.
  • Richiesta pressione e selezione dei tassi:[ Determinare la pressione minima di iniezione necessaria per raggiungere il dispendio desiderato e calcolare il volume di gas necessario per ridurre la densità di liquido al bersaglio.
  • Valvola selezione e taratura:[[]] Scegli valvole con dimensioni e impostazioni di pressione appropriate. Ogni valvola deve essere testata e impostata sulla superficie per aprirsi alla pressione dell'involucro di progettazione.
  • Monitoring e regolazione:[ Dopo l'installazione, monitorare bene le prestazioni utilizzando manometri downhole, sondaggi acustici e misurazioni del flusso.

Per i campi complessi, gli operatori possono utilizzare strumenti di simulazione avanzati come [] Prosper [[]] o simulatori di flusso multifase a stato costante per modellare il comportamento transitorio e ottimizzare l'efficienza dell'ascensore.

Sfide operative e mitigazione

Nonostante i suoi vantaggi, il sollevatore a gas non è senza sfide.

  • L'erosione e la spinatura della valvola:[ Le miscele di gas ad alta velocità possono erodere sedili e spine della valvola.
  • Caricatura necessaria:[] In ascensore intermittente, i liquidi non possono essere completamente sollevati durante ogni ciclo, portando ad accumulazione e riduzione dell'efficienza.
  • Tempo di fermo del compressore:[] Se il compressore fallisce, la produzione può cadere rapidamente.
  • Problemi di separazione dei gas:[] Nei pozzi con gas ad alta libera alla profondità della pompa, le interferenze di gas possono influenzare il funzionamento della valvola.

Il database OnePetro[[[]] contiene numerosi studi di casi e documenti tecnici che affrontano queste sfide.

Considerazioni economiche e valore del ciclo di vita

La decisione di dispiegare il gas deve essere giustificata dall'analisi economica.

  • Costi di compressione:[] Capitale per compressori e tubazioni, oltre ai costi di alimentazione o di carburante in corso. Il costo di compressione per barile di olio incrementale può variare ampiamente.
  • Produzione fondamentale:[] I barili aggiuntivi prodotti a causa dell'elevatore di gas devono compensare l'investimento. Per molti campi maturi, l'ascensore a gas fornisce il costo più basso per barile incrementale rispetto ad altri metodi.
  • Dichiarazione:[] Estendendo la vita, l'ascensore del gas ritarda il costo massiccio di collegare e di abbandonare.
  • Semplificazione funzionale:[[] La bassa frequenza di manutenzione e di intervento riduce il costo totale del ciclo di vita. Un pozzo che produce su ascensore a gas può richiedere solo controlli annuali delle valvole e regolazione occasionale.

Gli operatori dovrebbero condurre un'analisi del valore attuale netto (NPV) che confronta l'elevatore di gas alle alternative, determinando affidabilità e prestazioni a lungo termine.

Tendenze future nella tecnologia di sollevamento del gas

L'industria si sta evolvendo verso sistemi di sollevamento del gas più intelligenti ed efficienti.

  • I gemelli digitali e l'ottimizzazione in tempo reale:[] I modelli di simulazione sincronizzati con dati in tempo reale consentono la regolazione automatica dei parametri di iniezione per massimizzare la produzione o minimizzare l'utilizzo del gas.
  • Le valvole intelligenti con sensori di scarico:[ Gli attuatori elettronici della valvola e i sensori di pressione/temperatura consentono un controllo preciso della profondità di iniezione e della velocità senza intervento della linea di rete.
  • Iniezione di biossido di carbonio per ascensore e stoccaggio:[ In alcuni campi, CO2 – catturati da pile di flue – viene utilizzato come gas di sollevamento, aumentando contemporaneamente il recupero e la conservazione del gas.
  • Integrazione con energia rinnovabile:[ Compressori a motore elettrico alimentati da energia solare o eolica riducono l'impronta di carbonio delle operazioni di sollevamento del gas.
  • Materiali e rivestimenti avanzati:[ Nuovi rivestimenti e design valvolari non metallici prolungano la vita in ambienti corrosivi o erosivi, riducendo ulteriormente la frequenza di intervento.

Queste innovazioni promettono di rendere ancora più attraente il sollevamento del gas, in quanto la domanda globale di energia e la gestione ambientale aumentano entrambi.

Conclusioni

La sua capacità di estendere la durata di vita del pozzo riducendo la pressione del fondo, riducendo al minimo l'usura meccanica e adeguandosi alle mutevoli condizioni del serbatoio lo rende indispensabile per le operazioni di campo maturo. Con minori costi di capitale e di esercizio rispetto a molti operatori alternativi, il sollevamento del gas consente agli operatori di produrre idrocarburi economicamente per anni al di là del limite di flusso naturale.