Cos'è un separatore di prova per giacimenti petroliferi: test di pozzo, dimensionamento e strumentazione

Cos'è un separatore per test su giacimenti petroliferi: test dei pozzi, dimensionamento e strumentazione

Rispondere alla domanda principale:Cos'è un separatore per test su giacimenti petroliferi?Un separatore per test su giacimenti petroliferi è un recipiente a pressione portatile, montato su skid, utilizzato per misurare i singoli tassi di produzione di petrolio, gas e acqua di un singolo pozzo durante un test di produzione. Funzionalmente è un piccolo separatore di produzione, tipicamente da 0,3 a 2 m di diametro, ma è progettato per la mobilità e la misurazione piuttosto che per il servizio continuo: la nave è montata su uno skid o un rimorchio con tubazioni, valvole, contatori, pannello di controllo e spesso un bruciatore o un serbatoio, quindi può essere spostata tra i pozzi e collegata a una testa pozzo o a un collettore di prova. Un test dura 4-24 ore e produce il rapporto gasolio, il taglio dell'acqua, la gravità API e i tassi assoluti, con una precisione di più o meno 2-5% se utilizzato correttamente. Tali dati determinano l’allocazione, la gestione dei serbatoi e le decisioni sul workover.

1. Che cosa misura effettivamente un test e perché

Lo scopo non è semplicemente quello di separare il fluido ma di produrre numeri difendibili e si ottengono quattro quantità:

• Tariffe per petrolio, gas e acqua:Le tre velocità di fase sono l'uscita primaria. Il gas viene misurato all'uscita del vapore, solitamente con un misuratore ad orifizio per la sua semplicità e la sua ampia accettazione, o con una turbina, un Coriolis o un misuratore a ultrasuoni dove è richiesto un turndown più ampio o una misurazione diretta della massa; è necessario un turndown da 10:1 a 100:1 perché un singolo slittamento può testare sia un pozzo ad alta velocità che uno marginale. Olio e acqua vengono dosati alle rispettive uscite con contatori volumetrici, a turbina o Coriolis, sempre più preferito il Coriolis perché misura direttamente massa e densità e quindi fornisce il taglio dell'acqua e la gravità API dallo stesso strumento. Le tariffe vengono normalmente riportate a condizioni standard, pertanto la pressione e la temperatura del separatore vengono registrate continuamente e viene applicato un fattore di ritiro per correggere il volume dell'olio dal separatore alle condizioni del serbatoio di stoccaggio.
• Rapporto Gasolio e Taglio Acqua:Il rapporto gasolio, espresso in piedi cubi standard per barile, e il taglio dell’acqua, come percentuale del liquido totale, sono i due numeri derivati ​​che contano di più per la gestione dei giacimenti. Il GOR varia tipicamente da 50 a 5.000 scf/bbl e un GOR in aumento nel corso dei test successivi segnala il coning o lo sfondamento del gas, che è uno dei classici fattori scatenanti di un workover o di una riduzione della velocità. Il taglio dell'acqua varia dallo 0 al 95% e una tendenza crescente indica l'invasione dell'acqua, la canalizzazione o un lavoro di cemento fallito. Entrambi sono più utili come tendenza che come valore singolo, motivo per cui i test vengono ripetuti secondo un programma, tipicamente mensile o trimestrale per i pozzi in produzione, e perché le condizioni di test, comprese le dimensioni dello strozzatore e la pressione di flusso, devono essere registrate in modo che i test successivi siano comparabili.
• Campionamento dei fluidi e analisi PVT:Un test del pozzo è solitamente l'unica opportunità pratica per ottenere un campione di fluido rappresentativo e il separatore è il luogo in cui viene prelevato. I campioni di petrolio e gas vengono raccolti presso il separatore sotto pressione in speciali cilindri di campionamento e ricombinati in laboratorio nel rapporto gasolio prodotto misurato per ricostruire il fluido del giacimento. Da ciò, un'analisi pressione-volume-temperatura fornisce il punto di bolla, il fattore di volume di formazione, il rapporto del gas di soluzione e la viscosità, tutti elementi necessari per la simulazione del giacimento e per i calcoli del bilancio dei materiali. Per ottenere un campione valido è necessario che il pozzo fluisca costantemente a una velocità inferiore alla velocità critica abbastanza a lungo da stabilizzarsi, motivo per cui un test è spesso preceduto da un periodo di pulizia di diverse ore o un giorno.
• Buone prestazioni e consegna:Al di là dei semplici tassi, un test opportunamente condotto stabilisce la relazione tra la pressione di flusso e la velocità di produzione, da cui si ricava l'indice di produttività e, per i pozzi di gas, il potenziale assoluto di flusso aperto. Un test multipunto fa scorrere il pozzo a tre o quattro dimensioni crescenti di strozzature, mantenendo ciascuna fino a quando la pressione e le velocità non si stabilizzano, e traccia la velocità rispetto alla diminuzione della pressione. Il risultato dice all’ingegnere quanta velocità è disponibile per un dato prelievo, se c’è un danno alla formazione indicato da un indice di produttività inaspettatamente basso e se il pozzo viene prodotto al di sopra della sua velocità critica, che causa produzione di coni e sabbia. Si tratta dell'informazione che giustifica o esclude una stimolazione, un workover o una variazione di ritmo.

2. Progettazione dell'apparecchiatura e procedura di test

Tre caratteristiche di progettazione e una disciplina separano un buon test da uno inutile:

• Dimensionamento della nave per un'unità portatile:Un separatore di prova è dimensionato in base alla stessa capacità di gas Souders-Brown di un recipiente di produzione, ma con due vincoli aggiuntivi. Deve gestire l’intera gamma di tariffe previste per tutti i pozzi che servirà, poiché uno skid viene spostato da un pozzo all’altro, il che spinge il progetto verso un turndown più ampio e talvolta verso componenti interni intercambiabili o un secondo skid più piccolo per pozzi marginali. E deve essere trasportabile, il che limita il diametro e la lunghezza alle dimensioni legali della strada e quindi limita la capacità del gas; laddove un pozzo ad alta portata supera la capacità, la prova viene eseguita a portata ridotta attraverso una strozzatura più piccola oppure vengono azionati due pattini in parallelo. La ritenzione del liquido è più breve che in un separatore di produzione, in genere 1-5 minuti, perché l'obiettivo è la misurazione piuttosto che la massima efficienza di separazione.
• Strumentazione e pacchetto di misurazione:Il pacchetto di misurazione è ciò che rende lo skid un separatore di prova piuttosto che un semplice separatore di piccole dimensioni. Comprende il contatore del gas con i suoi trasmettitori di pressione e temperatura e, per un orifizio, un trasmettitore di pressione differenziale con un range corrispondente al flusso previsto; i contatori dei liquidi con la propria misurazione della temperatura e della densità; un regolatore di livello su ciascuna uscita del liquido che deve rimanere stabile, poiché un regolatore di livello oscillante produce velocità oscillanti e rovina il test; un regolatore di pressione sull'uscita del gas che mantiene stabile la pressione del separatore, tipicamente 2-5 bar sopra la linea di flusso; e un sistema di acquisizione dati che registra tutto a intervalli di un minuto o meno in modo che la stabilità possa essere dimostrata piuttosto che presunta. Tutti i contatori sono calibrati secondo un programma definito e i certificati di calibrazione fanno parte del registro dei test.
• Procedura di test e stabilizzazione:La disciplina è ciò che produce un numero valido. Il pozzo viene riempito per ripulire e rimuovere il fluido di perforazione o di lavoro, operazione che può richiedere da diverse ore a un giorno. Viene quindi fatto scorrere alla velocità di prova attraverso uno strozzatore fisso e le velocità, le pressioni e le temperature vengono monitorate finché non diventano stabili, generalmente definite come una variazione inferiore al 2-5% in un periodo da una a quattro ore a seconda dello standard applicato. Solo allora inizia il periodo di prova formale, che dura dalle 4 alle 24 ore a seconda del pozzo e dello scopo. Vengono registrate la dimensione dello strozzatore, la pressione e la temperatura della testa pozzo, la pressione e la temperatura del separatore e le letture del serbatoio o del contatore. Un test interrotto anticipatamente, o avviato prima della stabilizzazione, produce numeri che sembrano ragionevoli ma sono sbagliati, e poiché questi numeri guidano le decisioni di allocazione e investimento, tale errore è costoso.
• Controlli di sicurezza, layout e ambientali:Il collaudo dei pozzi è una delle operazioni di routine più rischiose nella produzione e lo skid deve essere progettato per questo. La nave è costruita secondo ASME VIII Divisione 1 con un dispositivo di scarico dimensionato per lo scarico bloccato e i casi di incendio e instradato verso una torcia o un braccio del bruciatore, poiché un separatore di prova è un'installazione temporanea che spesso non ha una torcia permanente. Lo skid è messo a terra e collegato, disposto con la testa pozzo controvento e con una via di fuga, e gestito con rilevamento di gas dove è possibile l'idrogeno solforato. Il liquido viene convogliato verso un serbatoio di prova il cui volume viene dosato in modo indipendente come controllo incrociato sui contatori di liquidi, o verso il collettore di produzione se il test è un test di assegnazione. L'acqua prodotta e gli eventuali idrocarburi vengono contenuti anziché scaricati e l'intera operazione è coperta da una procedura scritta e da un permesso.

Matrice di confronto delle configurazioni dei separatori per test del giacimento di petrolio

Domande frequenti (FAQ)

D: Qual è la differenza tra un separatore di prova e un separatore di produzione?

R: Un separatore di produzione funziona continuamente, è dimensionato per l'intera velocità di campo e per l'intera vita produttiva ed è ottimizzato per l'efficienza di separazione e per lunghi tempi di permanenza di 3-30 minuti. Un separatore di prova funziona in modo intermittente, è dimensionato per un singolo pozzetto, è ottimizzato per la precisione di misurazione e la mobilità e accetta un tempo di permanenza più breve di 1-5 minuti perché il suo compito è misurare anziché trattare. In pratica il separatore di prova è montato su skid o rimorchio con i propri contatori, pannello di controllo, acquisizione dati e spesso un serbatoio o un bruciatore, quindi può essere spostato tra i pozzi, mentre un separatore di produzione è un'installazione permanente. Molte strutture dispongono di entrambi: un separatore di produzione che gestisce il flusso miscelato e un separatore di prova su un collettore di prova in grado di isolare e misurare qualsiasi singolo pozzo.

D: Per quanto tempo dovrebbe durare un test del pozzo?

R: Abbastanza a lungo da dimostrare stabilità, e questo è il criterio piuttosto che un orario fisso. La pratica tipica è un periodo di pulizia di diverse ore al giorno, seguito da un periodo di stabilizzazione durante il quale le pressioni e le velocità vengono osservate finché non variano di meno del 2-5% circa in un periodo da una a quattro ore, e quindi un periodo di test formale di 4-24 ore. Semplici test di allocazione su pozzi stabili possono durare fino a 4-8 ore, mentre un test iniziale su un nuovo pozzo, un test per lo studio del giacimento o un test di erogabilità su un pozzo di gas possono durare 24-72 ore o più. La disciplina chiave è che il periodo di test formale non deve iniziare finché la stabilità non viene dimostrata e registrata, perché un test iniziato in anticipo produce numeri che sembrano plausibili ma sono sistematicamente errati, e poiché tali numeri guidano l’allocazione tra i partner sono difficili da correggere in seguito.

D: Perché durante un test vengono registrate la pressione e la temperatura del separatore?

R: Perché tutte le tariffe riportate sono a condizioni standard e la conversione dipende dalle condizioni effettive della nave. Il volume del gas dipende dalla pressione e dalla temperatura attraverso la legge del gas e il fattore di compressibilità, quindi il flusso effettivo misurato deve essere corretto in piedi cubi standard o metri cubi standard. Il volume dell'olio dipende dalla temperatura per l'espansione termica e, cosa più significativa, dalla pressione perché l'olio che esce da un separatore contiene gas disciolto che lampeggia quando la pressione diminuisce nel percorso verso il serbatoio di stoccaggio: l'olio quindi si ritira tra il separatore e il serbatoio, tipicamente dell'1-20% a seconda della pressione e del greggio, e per correggerlo viene applicato un fattore di ritiro o un fattore di volume di formazione. Senza registrazioni accurate della pressione e della temperatura del separatore, le velocità riportate contengono un errore che spesso è maggiore dell'errore del contatore stesso.

D: Un flussometro multifase può sostituire un separatore di prova?

R: Sempre più sì per l’allocazione e la sorveglianza, ma non interamente per i test formali dei pozzi. Un misuratore multifase misura le frazioni e le velocità di gas, petrolio e acqua senza separare il flusso, fornendo dati di portata continui da un'installazione compatta ed eliminando la necessità di deviare un pozzo verso un separatore di prova. La precisione tipica è più o meno del 5-10% su ciascuna fase, contro il 2-5% per un separatore di prova ben funzionante, e la precisione diminuisce con frazioni di volume di gas elevate e con tagli di acqua elevati. I misuratori multifase sono quindi eccellenti per l'analisi dei trend e per l'allocazione laddove la precisione è accettabile per i partner, e sono ampiamente utilizzati offshore e in campi remoti dove un separatore di prova non è pratico. Tuttavia, non forniscono un campione di fluido rappresentativo per l'analisi PVT, pertanto a tale scopo è comunque richiesto periodicamente un test del separatore.