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  • Angelica Alcántara

Sistemas de terminación inteligente



I. INTRODUCCIÓN


A medida que transcurren los años, la necesidad en la implementación de nuevas técnicas para del desarrollo tanto económico, técnico y hasta ambiental de la industria petrolera, ha incrementado abruptamente, por la creciente demanda, y la exigencia de llegar a lugares cada vez más complicados, lo cual, sugiere la intervención y la modernización de todos los procesos involucrados.


Dichas razones, aunadas a la necesidad de poder acceder a múltiples zonas o acumulaciones de hidrocarburos, a través de un solo pozo y una tecnología más avanzada, requiere un mayor rendimiento del pozo, más allá de una terminación convencional. El desarrollo tecnológico asociado a sensores de fondo, mandriles, válvulas de seguridad de subsuelo, controlados desde superficie han sido la base para el desarrollo de pozos inteligentes.


En la industrial del hidrocarburo, el referirse al término de pozo inteligente generalmente, se relaciona a la implementación de procesos de control de fondo, los cuales, proporcionan monitoreo y control, en tiempo real, sobre las zonas de producción, sin la necesidad de alguna intervención física, siendo quizás una de las características de mayor relevancia de este sistema.


Tabla 1. Definición de un sistema inteligente


II. TERMINACIÓN DE POZOS INTELIGENTES


El objetivo principal de la incorporación inteligente en campos (IWC, Intelligent Well Completion), reside en la implementación automatizada de tantas actividades como seas posibles, con el fin de aumentar el valor actual neto del activo, mediante el incremento de producción y la disminución de los costos, sin la necesidad de intervenciones físicas dentro del proceso de producción, salvo aquellas actividades relacionadas con el mantenimiento, o aquellos eventos inusuales e imprevistos.


Las terminaciones inteligentes recolectan y procesan una gran cantidad de datos provenientes de varios nodos ubicados dentro del pozo e instalación de superficie, a través de la incorporación de sensores y válvulas de control de flujo de fondo, controlados en superficie, permitiendo el monitoreo, evaluación y el manejo activo, de la producción o inyección, en tiempo real y en un ciclo continuo, lo cual facilita el proceso de optimización de la producción. La información es transmitida hacia la superficie mediante un monitor local o remoto digital instalado en la plataforma del pozo. Esta tecnología, ha sido puesta en operación, tanto en campos nuevos como maduros, demostrando notables mejorías en la producción.


Tabla 2. Aplicaciones de los Sistemas de Terminación Inteligente

Inicialmente las terminaciones inteligentes fueron implementadas en pozos de aguas profundas, donde las intervenciones son costosas y de alto riesgo, pero a medida que ha transcurrido el tiempo, han mostrado su valor en el manejo de la producción de pozos multilaterales, pozos horizontales multi zonas, en pozos de yacimientos heterogéneos, y de yacimientos maduros.


Las terminaciones inteligentes permiten el control y medición continua y automatizada en el fondo del pozo, a partir de dispositivos de monitoreo de presión y temperatura de los fluidos que se están produciendo, y procesos de transmisión de datos a herramientas convencionales de ingeniería de yacimientos, para el análisis de curvas de declinación, cálculos de balance de materia, curvas de desempeño, simulación de yacimientos, con el fin de maximizar la recuperación y optimizar la producción. Además, ofrecen el acceso desde la superficie, a fluidos de diferentes yacimientos (pozos multizonas), de manera efectiva y segura, mediante la instalación de un sistema eléctrico, integrado por un paquete de sensores y válvulas de fondo conectadas a superficie, con las que se pueden obtener mediciones y enviar señales para la apertura y cierre del pozo.


La instalación de las terminaciones inteligentes facilita la producción de flujo cruzado a través de una sola tubería, dejando libre la decisión de qué formación va producir, obteniendo de esta manera, el control total en el manejo de los fluidos que van a ser producidos. En el caso de que una zona empiece a producir agua en exceso, es posible retomarla o cerrarla completamente, sin la necesidad de intervenir el pozo, trabajando desde un centro de cómputo en la superficie.


Este sistema, además, se ha vuelto parte fundamental en la recuperación mejorada de petróleo (EOR), en donde, a pesar de que la aplicación de estas estrategias son bastantes complejas y los métodos para maximizar la recuperación final de las reservas son altamente costosos, su instalación ha permitido la reducción de dichos costos, así como la disminución de los riesgos asociados a estas intervenciones.


Tabla 3. Ventajas y desventajas de las terminaciones inteligentes


III. COMPONENTES DE UN SISTEMA DE POZO INTELIGENTE


Un sistema de terminación inteligente consiste en la combinación de dispositivos de aislamiento zonal, dispositivos de control de intervalos, sistemas de control de fondo, sistemas de monitoreo permanente, sistemas de control y monitoreo en superficie, sistemas distribuidos de detección de temperatura, software de adquisición y gestión de datos, accesorios del sistema.


Tabla 4. Elementos del concepto de pozo inteligente

Básicamente se divide en la siguiente configuración: sensores, líneas de comunicación, empacadores, unidades de control superficiales y válvulas de control.


Dicha configuración puede variar de acuerdo al alcance y funcionabilidad de la operación, y va a depender directamente de la complejidad y requerimientos del yacimiento. En la actualidad, para cada uno de estos elementos que componen una terminación inteligente, existe una amplia gama de dispositivos con diversas características de funcionamiento y operación.


Figura 1. Terminación inteligente típica en un pozo horizontal


  • Equipo Superficial: La instalación efectiva superficial requiere de sistemas digitales para la configuración y automatización del campo, a partir de diversos dispositivos (sensores, transmisores) de medición y control. Para ello se deben considerar, instrumentos de medición de alta eficiencia, telemetría y automatización de datos, procesamiento y gestión de la información. Además de la instalación de una interfaz o software que permita controlar, supervisar e interactuar con todos los procesos de producción, ofreciendo conectividad entre los sensores y dispositivos en el fondo del pozo hacia la superficie de manera automática.


  • Sistemas de control de fondo: Los pozos inteligentes pueden ser clasificados dependiendo del método de operación utilizado para integrar el sistema de control de superficie (manual o automatizado), con el equipo inteligente de fondo.


El sistema de control de fondo (eléctrico, hidráulico o electrohidráulico) genera la potencia requerida y la comunicación con el equipo de cómputo, actuando de manera remota sobre los dispositivos de control de flujo, como por ejemplo las válvulas de control de intervalos (ICV, Interval Control Valves).


Este sistema está conformado también por líneas de comunicación, a través de medidores electrónicos convencionales, instrumentación con fibra óptica o una combinación de ambas, para establecer el rango de control de flujo, en tiempo real.


Los controladores remotos pueden ser de tipo:


  • Hidráulico: el sistema se caracteriza por ser poco complejo y de alta confiabilidad, requiere una línea eléctrica y múltiples líneas hidráulicas, lo cual va a depender del número de válvulas. En cuanto al costo es menor, que otros sistemas, aunque de menor flexibilidad.


Este sistema utiliza líneas de control hidráulico directo desde la superficie, permitiendo accionar remotamente los dispositivos de control de flujo, trabajando en conjunto con medidores de fondo (presión, temperatura, gasto). Este tipo de controlador, proporciona la opción de abrir o cerrar el flujo y variar o controlar el flujo o influjo de los intervalos del yacimiento. Puede ser implementado en terminaciones de tierra, plataforma o área submarina.


  • Electro-hidráulico: son aquellos que poseen una línea eléctrica y dos hidráulicas, desde la superficie para actuar remotamente y selectivamente sobre múltiples dispositivos de control de flujo.


Los sistemas electrohidráulicos, permiten un control, simple y confiable, de múltiples válvulas en un mismo pozo, con un número mínimo de líneas de control. Lo cual hace insignificante el número de penetraciones innecesarias, para la instalación de colgadores, reduciendo así, la complejidad operacional y los riesgos. Además, provee altos niveles de potencia para operar las válvulas de control o modificar cualquier posición del estrangulador, en un solo paso. Puede ser implementado en terminaciones de tierra o plataformas.


  • Eléctrico: son aquellos que solo constan de una sola línea eléctrica de instrumentación y control, además se compone de sensores integrados y un número infinito de posiciones en el estrangulador. El alcance, en cuanto a profundidad, es mayor que los sistemas anteriores, así como su eficiencia operacional, aunque pueden llegar a ser costosos.


El sistema hidráulico es comúnmente utilizado en la industria, sin embargo, han surgido muchas opciones en el mercado, de controladores eléctricos y, sobre todo, electrohidráulicos que han sustentado este proceso de forma positiva.


  • Empacaduras: pueden ser de producción o de aislamiento de zonas adyacentes (permanentes o recuperables). Cumplen varios propósitos como proteger la tubería de revestimiento de las presiones del pozo o de fluidos corrosivos, mantener la integridad de la zona, aislar fugas, aislamiento de intervalos de producción múltiple, disminuyen o eliminan cabeceos de fluidos, ayudan a la instalación de otros equipos, mantienen los fluidos de tratamiento en el espacio anular. La característica primordial de las empacaduras de sistemas inteligente, es que cuentan, además, con la estructura y capacidad para el montaje de varias líneas eléctricas o hidráulicas de control, permitiendo la comunicación con los demás equipos inteligentes, a través de un diseño simple y rentable.


  • Válvulas de control (FCV, Flow Control Valve): son el componente principal para establecer en control del flujo en el pozo inteligente, permitiendo la producción simultánea y control del gasto de variados intervalos de interés, estas pueden ser accionadas a distancia desde la superficie, sin alguna intervención, mediante el sistema de control (hidráulico, eléctrico o electrohidráulico). Una FCV, tiene el alcance de estrangular el flujo o cerrarlo completamente y, en conjunto con los sensores de monitoreo, pueden detectar irrupción de agua o gas, para restringir el corte de agua en superficie. Estas válvulas son utilizadas también, para dividir el pozo en varias secciones y poder tener un control más específico de cada intervalo productor, optimizando de esta forma la producción o inyección.


Las válvulas empleadas en los sistemas inteligentes tienen la capacidad de soportar los ambientes más extremos, como pozos en aguas profundas o HP/HT (High pressure/ High temperature) y, su colocación va a depender de la geología del yacimiento y de aquellas zonas propensas a la irrupción de agua o gas.


Figura 2. Configuración integrada inteligente, con sistemas de control de fondo


  • Sensores de fondo: son una parte esencial de cualquier terminación inteligente, ya que permiten enviar información de presión, temperatura, gasto, densidad, desde el fondo del pozo hacia la superficie, en tiempo real. Ayudando a optimizar la producción y validar los modelos del yacimiento y, proporcionar monitoreo confiable y permanente de las condiciones de fondo. La interpretación correcta de estas mediciones, por ejemplo, ayudan a indicar la posibilidad de cambio de una bomba, la cercanía de un reacondicionamiento, sobrecalentamiento del motor, ruptura de un aislamiento, prematura irrupción de agua o gas entre otros.


Hoy en día se han desarrollado diversos dispositivos para la toma de información que funcionan en ambientes con altas temperaturas y presiones, para el monitoreo de producción durante toda la vida del pozo, monitoreo del yacimiento, optimización del sistema de terminación, optimización de levantamiento artificial. Entre ellos se encuentran, cables opto-eléctricos con conectores ópticos, dispositivos de acoplamiento inductivo con sensores diminutos (presión/temperatura), que pueden ser colocados frente a los intervalos de interés, soldados a lo largo de un solo cable, también se encuentran los sensores de cristal de cuarzo, de resolución y precisión incomparables, especiales para aplicaciones de monitoreo sencillo o multizonas, proporcionan gran cantidad de datos con menores retrasos y discrepancias de presión y temperatura. Además, existen sistemas adicionales que conjugan estos elementos y que, permiten mediciones de flujo a través de dispositivos Venturi incorporados.



IV. CONCLUSIONES


La industria de petróleo y gas se encuentra activamente en la búsqueda de la implementación de nuevos avances que permitan facilitar todos los procesos, como por ejemplo en terminaciones que puedan ser monitoreadas y contraladas remotamente. Esta tecnología, colectivamente denominada “Terminación Inteligente”, ha avanzado rápidamente en los últimos años, mostrando beneficios que incluyen aumento de la recuperación de hidrocarburos y aceleración de la producción. El ahorro derivado de la reducción de intervenciones de pozos proporciona un incremento en la recuperación de la inversión, particularmente para pozos multilaterales, submarinos o en pozos desatendidos. Por lo que, su expansión continúa creciendo rápidamente debido al valor que estas terminaciones han demostrado en campo.



BIBLIOGRAFÍA


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  • Mike Robinson. “Intelligent Well Completions.”, 2003.

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  • Corporación Tecnología Global 21. “Completaciones inteligentes de pozos”. Revista Petrolera de América Latina, 2009.

  • Ian Phillips, “Intelligent use of Intelligent Completions”,2017.


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