Mayor eficiencia con inyección química multipunto en pozos no convencionales

Los avances tecnológicos en la perforación horizontal y la fractura hidráulica ("fracking") han llevado a los operadores de campos petrolíferos a obtener grandes mejoras de eficiencia en los pozos no convencionales. En lugar de perforar numerosos pozos convencionales de forma vertical desde plataformas individuales, los operadores productores de hidrocarburos de esquisto perforan múltiples pozos horizontales desde una plataforma y luego fracturan hidráulicamente a lo largo del pozo para llegar a las mismas reservas. Esta técnica proporciona un acceso más amplio a los yacimientos de petróleo y gas natural y reduce en gran medida el capital y el gasto operativo necesarios para extraer los mismos recursos. En esencia, se traduce en una mayor producción a partir de menos pozos y una huella más pequeña.

Junto con la tendencia a la fracturación hidráulica intensiva en pozos horizontales, la inyección multipunto de productos químicos ha surgido recientemente como un valioso potenciador de eficiencia. Tradicionalmente, la inyección de productos químicos para proteger los pozos de la corrosión, las incrustaciones y el congelamiento requería una bomba y un controlador en cada punto de inyección. El sistema de inyección multipunto (MPI) permite que una bomba y un colector común inyecten productos químicos en varios puntos a través de un tanque de productos químicos compartido. Al igual que la perforación de múltiples pozos, el sistema MPI también está brindando grandes ahorros de costos a los productores en los pozos no convencionales.

En el corazón del sistema MPI se encuentra un controlador inteligente que gestiona la dosificación de una bomba de productos químicos. El controlador permite a los operadores supervisar con precisión los datos del pozo y controlar los caudales de productos químicos, sea directamente en el controlador o de forma remota vía web (SCADA o celular). En función de los ajustes del controlador, la bomba toma los productos químicos de un tanque de almacenamiento y alimenta un colector de fluidos MPI, que distribuye secuencialmente los productos químicos a múltiples puntos.

El colector contiene válvulas solenoides individuales que controlan el flujo de productos químicos a los pozos conectados individualmente. A partir de la entrada eléctrica, las válvulas se pueden abrir, cerrar y ajustar para controlar la cantidad de producto químico bombeado en cada línea. Si una línea está habilitada, el controlador envía una señal a la válvula correspondiente para que dispense la cantidad deseada de producto químico a esa línea. Si una línea está obstruida o hay que cerrarla para repararla, se puede desactivar y derivar sin interrumpir la inyección a los otros puntos.

Si se produce un pico de presión en uno de los conductos, se abre una válvula de alivio que devuelve la presión al tanque. La bomba continuará con el ciclo y alimentará las otras líneas, pero evitará la línea afectada hasta que se resuelva el problema.

Además de permitir a los operadores ajustar los caudales manualmente, el controlador del sistema MPI también puede ajustar automáticamente los caudales de inyección basándose en la entrada de 4 a 20 mA de los sensores instalados en el sistema. Por ejemplo, un sensor de temperatura puede hacer que el sistema distribuya anticongelante de metanol si las temperaturas bajan a un determinado nivel. Los sensores de presión pueden detectar un bloqueo creciente en la línea y aumentar automáticamente el producto químico para eliminarlo. Del mismo modo, un sensor de sulfuro de hidrógeno (H2S) puede detectar las concentraciones de H2S y activar la distribución adecuada de productos químicos de depuración de H2S cuando sea necesario. El sistema también puede controlar el volumen de los productos químicos en los tanques y enviar alertas cuando surjan posibles problemas.

Al igual que los sistemas de inyección química individuales, los sistemas MPI pueden funcionar con bombas eléctricas o neumáticas, clasificadas por zonas o no. Las bombas eléctricas pueden funcionar con corriente alterna o continua, y suele usarse alimentación de CC solar en zonas remotas. Las bombas neumáticas pueden funcionar con gas natural o aire comprimido, y pueden utilizarse en aplicaciones que requieran equipos para lugares peligrosos o sin acceso a la red eléctrica.

Las ventajas económicas de los sistemas MPI suelen aumentar a medida que se incrementa el número de puntos de inyección por plataforma. Como se muestra en el siguiente gráfico, el costo de un sistema MPI puede ser significativamente mayor que el de un sistema individual para un punto de inyección; sin embargo, a medida que aumenta el número de puntos de inyección, un sistema MPI se vuelve más económico, con el punto de equilibrio cerca de los cuatro puntos de inyección por plataforma.

Otra consideración económica es tener en cuenta el costo de redundancia del sistema (es decir, un sistema de reserva en caso de falla del sistema). A efectos prácticos, las preguntas que hay que hacer son las siguientes: ¿Cuál es el costo operativo cuando se produce una falla en el sistema químico, como una falla de los sellos o una rotura de la línea? ¿Es aceptable que el operador pierda la inyección química en un pozo o en 16 por una única falla? Considerando un costo diario estimado de 200 USD por punto de inyección (costo de puesta en marcha, producción perdida/retrasada, acumulación de incrustaciones o cierre de línea de H2S) por una interrupción del sistema químico, el punto de equilibrio económico por redundancia se obtiene con aproximadamente siete puntos de inyección por plataforma.

Los operadores también deben tener en cuenta otros factores a la hora de contemplar un sistema MPI. Para algunas aplicaciones químicas de baja presión y menor caudal, las bombas individuales pueden ser más rentables, ya que las ventajas de un sistema MPI pueden no ser totalmente utilizadas o aprovechadas. Además, solo se puede bombear un producto químico por sistema MPI. Si se utilizan habitualmente varios productos químicos en una plataforma de pozos, pueden ser necesarios varios tanques y bombas.

La calidad de las bombas y la vida útil de los sellos pueden desempeñar un papel importante en el éxito de los sistemas MPI en función de la redundancia necesaria del sistema. El tamaño de la bomba determina en última instancia la cantidad del producto químico que se puede bombear a todos los pozos. Con más pozos en un sistema, cada pozo puede estar limitado en la cantidad de producto químico que finalmente recibe, dependiendo de la capacidad total de la bomba. Además, dependiendo de la longitud de la línea que debe tenderse para una plataforma más grande, la pérdida de la línea y el cebado pueden convertirse en un problema en algunos sistemas. Por estas razones, algunos operadores optan por limitar el número de puntos de inyección por sistema MPI. Un máximo de ocho puntos de inyección se considera generalmente óptimo en la producción no convencional de hidrocarburos de esquisto.

Con la creciente preocupación por el ambiente y por la seguridad en la producción de hidrocarburos en formaciones de esquisto, los sistemas MPI pueden desempeñar un papel clave al aumentar la eficiencia del uso de productos químicos al permitir a los operadores justificar económicamente sistemas más seguros e inteligentes y supervisar todo a distancia para garantizar que el sistema funcione según el diseño.