Control de Hidratos de Metano: Caso Campo Rabel

La formacion de hidratos en cualquier parte de la geometria de flujo del sistema de produccion ocasiona problemas operativos e intermitencia en la produccion del pozo (cerrar el pozo para descongelar linea, y repetir el ciclo), y si se descuida llega a romper el ducto dañando el sistema, evitar todos estos posibles riesgos y aportar valor a la cadena productiva es el objetivo de este articulo.Las condiciones de formacion de hidratos del gas natural se numeran a continuacion:
1. Altas presiones y bajas temperaturas favorecen la formacion de hidratos de gas natural pudiéndose formarcion a temperaturas superiores a la del congelamiento del agua.
2. Presencia de agua en estado líquido, por tal motivo el contenido de agua en un gas natural debe ser disminuido a valores tales que en ningún lugar del sistema se alcance el punto de rocío especialmente con gases que contengan CO2 ó H2S que formarán ácido con agua condensada.
3. Medios de agitación del agua y gas.
4. La turbulencia, alta velocidad de flujo, presión pulsante, agitación, inducen la formación de los primeros cristales de hidrato y una vez que esto ocurre el fenómeno de cristalización se hace más rápido.
5. La temperatura de formación de hidratos será mayor a medida que aumente la densidad del gas.

El quitar un taponamiento formado por hidratos puede ser peligroso. Un taponamiento de hidratos despresurizado puede viajar a velocidades balísticas, que puede ocasionar la ruptura de ductos y lesionando a trabajadores. Con la finalidad de evitar la formación de hidratos en los ductos se hace uso de técnicas que resultan efectivas, esto es eliminar el agua por debajo del punto de rocío, mantener la temperatura por encima del punto de formación de hidratos y utilizar sales, glicol u otros inhibidores químicos que ayudan a reducir el agua libre. En el presente trabajo incluimos el uso del Mejorador del Patrón de Flujo tipo Venturi (MPFV®), como otra alternativa de solución, además de agregar otros beneficios que se describen más adelante.
Para poder demostrar el comportamiento fásico de los gases naturales conteniendo agua libre y el impacto del ella sobre la temperatura de punto de rocío e hidratación, se determinó la composición del gas real producido mediante análisis cromatográfico de laboratorio (Tabla 1), se realizó el modelo de simulación de flujo multifásico del pozo Rabel 4 y gráficos construidos en base a datos experimentales para una presión especificada y un gas cuya composición se conoce, se demostrará la aplicación del MPFV®, extrapolando los resultados para los demás pozos del campo Rabel.


Tabla 1. Análisis cromatográfico del gas del pozo Rabel
Componente Fórmula % Mol base seca
Dióxido de Carbono CO2 0.08
Metano CH4 99.544
Etano C2H6 0.14
Propano C3H8 0.16
i-Butano i-C4H10 0.02
n-Butano C4H10 0.02
i-Pentano i-C5H12 0.02
n-Pentano C5H12 0.01
Hexanos C6H14 0.006



De acuerdo a los datos presentados en la figura 1, por el tipo de composición del gas del campo Rabel, se puede presentar formación de hidratos de Metano con el tipo de estructura 1.
La envolvente de fase se generó de los resultados de la composición del gas saturado con agua obtenida de la simulación composicional de flujo multifásico, con en la ecuación de estado Peng-Robinson. La figura 2 presenta la envolvente de fases, formación de hidratos, formación de hielo, y curvas de punto de rocío de éste gas con un contenido de agua de 0.05 bl/MMPCD.


En la envolvente de fase se observa que existe formación de hidratos para las condiciones de presión en cabeza de 3200 psig a temperatura de 19°C, mientras que para las condiciones de la presión de línea de descarga 1000 psig los hidratos se forman a partir de los 10°C.
El efecto de Joule-Thomson, es el proceso en el cual la temperatura de un gas ideal disminuye o aumenta al permitir que el gas se expanda libremente manteniendo una entalpía constante (lo que significa que el gas no recibe ni transfiere calor y no realiza ningún trabajo).
Debido a la expansión del gas por el cambio de diámetro del estrangulador a la línea de descarga (1/4 a 2 pulg), la temperatura del pozo Rabel 4 cae de 40°C a 11°C en la bajante. El efecto Joule-Thompson, descrito anteriormente, favorece la formación de hidratos de Metano para las condiciones de presión y temperatura después del estrangulador.
El objetivo del análisis al pozo Rabel 4 es que al instalar el MPFV® aprovechemos la temperatura del fondo y el enfriamiento generado por la expansión del gas no genere la formación de hidratos permitiendo mantener patrón de flujo estable y por ende menos problemas operativos, evitando la formación de hidratos, por estrangular el pozo en el fondo se genera como valor agregado administrar la energía del yacimiento y prolongar la vida fluyente del mismo.
Además de evitar la formación de hidratos se retrasa el avance temprano del agua, debido a que el pozo Rabel 4 es el más bajo estructuralmente por lo que la instalación del MPFV® resulta ser estratégica.

Los datos requeridos para generar el modelo de flujo multifásico en el simulador, se enlista en la Tabla 2, estas condiciones son fluyendo con estrangulador de superficie, estos datos corresponden al día 25 de Enero de 2012.

Tabla 2. Datos considerados para el análisis nodal.
Pyac 3960 psia
Tyac 80 °C
Intervalo 2417/23 m
TP 3 1/2 pulg 2379.5 m
TR 7 pulg 2746 m
Estrangulador 1/4 pulg
Qg 4.8 MMPCD


Mediante la técnica del Análisis de comportamiento de afluencia de pozo de flujo multifásico vertical, se determinó que la profundidad óptima para la instalación del MPFV®, debe ser de 2340 m, con un diámetro de 1/4 pulg. La definición del diámetro de estrangulador se hizo bajo la premisa de manejar el mismo ritmo de explotación.

El modelo de simulación se ajustó para un gasto de gas de 4.873 MMPCD, siendo el gasto medido de 4.8 MMPCD de gas, así para el mismo diámetro del MPFV®, se manejará la misma producción. En la figura 3 se muestra el perfil de presión esperado para el diámetro del MPFV® de 1/4 pulg.

Discusión e interpretación de los datos y resultados.

Se instaló el MPFV® a la profundidad de 2340 m determinada en el modelos de simulación, lo más cerca del intervalo productor, provocando la caída de presión y temperatura en el fondo del pozo, el gradiente geotérmico hace la función de un calentador y se logra observar un incremento en la temperatura en la cabeza del pozo.
Con la finalidad de monitorear la temperatura después del MPFV® se instaló un sensor de temperatura registrando los datos antes y después de la instalación del mismo, con el cual se registró el incremento paulatino en la temperatura hasta la casi estabilización del mismo.

Además del sensor de temperatura en superficie, se tomó RPFF por estaciones antes y después de la instalación del MPFV®, en la siguiente figura se muestra el perfil de temperatura con estrangulador en superficie y con MPFV®, el enfriamiento debido a la expansión del gas aprovechó la temperatura del pozo y evitamos la formación de hidratos de Metano en el aparejo de producción y en el transporte.

Posteriormente se instalaron MPFV® para los pozos Rabel 2 y 6 los resultados de la temperatura antes y después en la línea de descarga se muestran en la siguiente tabla:


Tabla 3. Condiciones de Temperatura antes y después de instalar MPFV®.
Pozo Temperatura LDD Antes Temperatura LDD Después
Rabel 2 9°C 35°C
Rabel 4 11°C 40°C
Rabel 6 9°C 36°C



Con la aplicación de esta tecnología se asegura el flujo en todo el sistema de producción, además de agregar valores adicionales que permitirá que los pozos fluyan por más tiempo y de forma estable.



Conclusiones.


De los resultados obtenidos por la aplicación de la tecnología del MPFV® en los pozos Rabel 2, 4 y 6, se concluye lo siguiente:
• Con la instalación del MPFV® en el fondo de los pozos en mención, se logró evitar el problema de formación de hidratos de Metano, en la línea bajante por tener temperatura por arriba de la envolvente.
• Se logra mantener patrón de flujo estable y por ende se prolonga la vida fluyente de los pozos aumentado el factor de recuperación.
• Por reducir la caída de presión en el fondo de los pozos se detiene el posible avance del contacto de agua por disminución de las velocidades de los fluidos en el yacimiento.

• Que se debe instalar MPFV® en pozos de gas de alta presión y altos gastos en donde la inyección de glicol no es suficiente para eliminar el problema de la formación de hidratos de Metano en la bajante.

Es fundamental tener bien caracterizado el gas con un análisis cromatográfico para definir las condiciones de presión y temperatura a la cual se forman los hidratos de Metano. Así mismo se requiere generar nomogramas y tablas psicométricas tipo en función de la composición de los gases reales que se producen para evitar mayor margen de error, ya que las que están realizadas para un gas estándar cuya composición no es igual a la de todos los campos.
Realizar análisis de comportamiento de afluencia de pozo de flujo multifásico vertical, para determinar la profundidad y diámetro de instalación de la tecnología del MPFV® para mantener el gasto de producción arriba del gasto crítico para no tener problema de carga de líquidos.