Elevação Artificial com Gas Lift

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ELEVAÇÃO ARTIFICIAL 
(MÉTODO DO GAS LIFT) 
O Gas Lift consta de injeção de gás 
a alta pressão na coluna de 
produção com o objetivo de 
gaseificar o fluido a partir do ponto 
de injeção até a superfície. 
 
Aumentando-se a RGL (razão gás-
líquido) no fluxo vertical, até certo 
limite, diminui-se o gradiente médio 
do fluido, diminuindo a pressão de 
fluxo no fundo e obtendo-se a 
vazão desejada de produção. 
GAS LIFT – CONCEITO: 
• O Gas Lift Contínuo (GLC) é um método de elevação de petróleo, 
largamente usado. 
• É empregado não só em poços sem condições de surgência, mas 
também naqueles onde se pretende aumentar a sua produção de óleo. 
• A injeção do gás na coluna de produção é feita através da válvula de 
gas lift. 
 
• O gás injetado ao se misturar com os fluidos reduz a densidade 
media desses fluidos tornando a mistura mais leve 
• Acima do ponto de injeção o gradiente de pressão na coluna é 
menor (linha mais vertical) 
• Abaixo do ponto de injeção, o gradiente de pressão é maior e é 
determinado somente pelo fluido do reservatório. 
Gas Lift - Tipos: - Contínuo 
 - Intermitente 
• Gas Lift Contínuo (GLC): 
Injeção contínua de gás a alta pressão na 
coluna de produção com objetivo de gaseificar 
a coluna, reduzindo o gradiente médio de 
pressão. 
 
• Gas Lift Intermitente (GLI): 
Baseia-se no deslocamento de golfadas de 
fluido para a superfície através da injeção de 
gás a alta pressão na base das golfadas. 
- Uma fonte de gás de alta pressão 
- Controlador de injeção de gás de superfície (choke) 
- Controlador de injeção de gás de sub-superfície (válvulas de gas lift) 
- Equipamentos de separação 
Gas Lift – Componentes: 
 Baixo custo dos equipamentos de fundo de poço (válvula, mandril, 
para o compressor tem elevado custo mas só no inicio); 
 Aplicável em poços desviados e de grande profundidade; 
 Aplicável a poço onshore e offshore; 
 Condições operacionais facilmente modificáveis para as 
alterações do reservatório (abertura do choke na superfície); 
 Praticamente imune a areia; 
 Adequado a poços com alta RGL; 
 Aplicável em poços de elevada temperatura; 
 Método com larga experiência de campo; 
 Intervenções feitas de arame “ wireline”. 
 
 
 
Gas Lift – Vantagens: 
 Necessita de fonte natural de gás; 
 Necessita de uma linha para injeção de gás nos poços; 
 Coluna de produção, revestimento, equipamentos de cabeça de 
poço devem ser dimensionados para alta pressão; 
 Maior tempo para recolocação dos poços em produção após uma 
Parada; 
 Utilização problemática quando o gás for corrosivo e o óleo for 
muito viscoso; 
 Maiores riscos operacionais devido a alta pressão do gás injetado. 
 
 
 
Gas Lift – Desvantagens: 
• Variáveis que impactam no desempenho do poço: 
Sem Gas Lift 
 Profundidade da válvula de gas lift (VGL) 
 Vazão de gás injetado 
Efeito da Profundidade da válvula de gas lift na vazão do poço 
 
Efeito da Profundidade da válvula de gas lift na vazão do poço 
Quanto maior a profundidade da VGL 
• menor a pressão de fundo (Pwf) 
• maior a vazão de líquido 
Entretanto necessita-se verificar: 
• Se existe ∆P suficiente para injetar na profundidade da VGL 
• Se o ângulo de inclinação do poço com a vertical é menor que 45 
Gas Lift 
(Otimização do Método) 
Variando a vazão de injeção de gas lift de um poço (mantendo fixa a 
profundidade da VGL) 
Otimização de Gas Lift: 
Otimização de Gas Lift: 
• Consiste em elaborar a curva de desempenho do poço e a escolha do 
ponto de operação 
∆𝑄𝐿. 𝑓𝑜. 𝑅𝑜 ≥ ∆𝑄𝐺𝐼 . 𝐶𝐺 
∆𝑄𝐿
∆𝑄𝐺𝐼
≥
𝐶𝐺
𝑓𝑜. 𝑅𝑜
 
PROBLEMA - Otimização de Gas Lift 
Considere um poço cuja curva de performance é representada pela equação 
abaixo: 
𝑸𝑳 = −𝟎. 𝟎𝟏𝟏 ∗ 𝑸𝒈𝒊
𝟐
+ 𝟔. 𝟔𝟗𝟐𝟓 ∗ 𝑸𝒈𝒊 + 𝟏𝟖𝟎 
Onde: 
QL = Vazão de Líquido Produzido [m³/d]; 
Qgi = Vazão de Gás Injetado por Gas Lift [1000 m³/d]. 
 
Sabe-se que: 
Custo de Injeção (Cg) = R$ 85,00 / 1000 m³ gás 
Receita Operacional (Ro) = R$ 90,00 / m³ óleo 
Custo Operacional (Co) = R$ 20,00 / m³ óleo 
 
Pede-se: 
Calcular o Lucro quando a fração de água = 0% e Qgi = 300.000 m³/d (Vazão de 
Líquido Máxima); 
Calcular o Lucro quando a fração de água = 0% e Qgi = 250.000 m³/d (Tangente 
Econômica) 
Solução: 
a) 𝑄𝐿 = −0.011 ∗ 𝑄𝑔𝑖
2
+ 6.6925 ∗ 𝑄𝑔𝑖 + 180 
𝑸𝑳 = 𝟏𝟏𝟗𝟖 𝒎𝟑/𝒅 
 
𝐶𝑖𝑛𝑗 = 𝐶𝑔 ∗ 𝑄𝑔𝑖  𝐶𝑖𝑛𝑗 = 85 ∗ 300  𝑪𝒊𝒏𝒋 = 𝑹$ 𝟐𝟓. 𝟓𝟎𝟎, 𝟎𝟎 
 
𝑅𝑙𝑖𝑞 = 𝑅𝑜 − 𝐶𝑜 ∗ 𝑄𝐿 − 𝐶𝑖𝑛𝑗  𝑅𝑙𝑖𝑞 = 90 − 20 ∗ 1198 − 25.500 
 
𝑹𝒍𝒊𝒒 = 𝑹$ 𝟓𝟖. 𝟑𝟒𝟐, 𝟓𝟎 
 
b) 𝑄𝐿 = −0.011 ∗ 𝑄𝑔𝑖
2
+ 6.6925 ∗ 𝑄𝑔𝑖 + 180 
𝑸𝑳 = 𝟏𝟏𝟔𝟔 𝒎𝟑/𝒅 
 
𝐶𝑖𝑛𝑗 = 𝐶𝑔 ∗ 𝑄𝑔𝑖  𝐶𝑖𝑛𝑗 = 85 ∗ 250  𝑪𝒊𝒏𝒋 = 𝑹$ 𝟐𝟏. 𝟐𝟓𝟎, 𝟎𝟎 
 
𝑅𝑙𝑖𝑞 = 𝑅𝑜 − 𝐶𝑜 ∗ 𝑄𝐿 − 𝐶𝑖𝑛𝑗  𝑅𝑙𝑖𝑞 = 90 − 20 ∗ 1166 − 21.250 
 
𝑹𝒍𝒊𝒒 = 𝑹$ 𝟔𝟎. 𝟑𝟒𝟑, 𝟕𝟓 
Gas Lift 
(Equipamentos de Subsuperfície) 
Equipamentos - Mandril de Gas Lift (MGL): 
• Um tubo com uma bolsa lateral, dentro da qual é 
assentada a válvula de gas lift. 
• Promoverão a comunicação entre anular e coluna. 
• Os mandris de gas lift (MGL) mais comumente 
utilizados são excêntricos 
• Permite a passagem de gás do anular para a coluna; 
• VGL de descarga (Pressão): permitir a retirada do fluido 
de amortecimento do poço a partir da pressão de gás 
disponível na superfície - operação de partida (kick-off). 
• Eventualmente, pode ser instalada no mandril uma 
válvula cega, que não possibilita a circulação de fluidos 
enquanto estiver assentada. Serve para reservar uma 
posição estratégica na coluna para uso futuro. 
Equipamentos – Válvulas de Gas Lift (VGL): 
• Não permite passagem de fluido no sentido inverso. 
As VGLs são insertáveis, pois podem ser retiradas e recolocadas no 
poço utilizando unidades de “wireline”. 
Equipamentos – Válvulas de Gas Lift (VGL): 
Retirada da VGL Assentamento da VGL 
VGL de Orificio 
Convencional 
VGL de Orificio 
Venturi 
Tipos de Válvulas de Gas Lift: 
VGL Cega VGL de Pressão 
Válvulas de Gas Lift Orifício Convencional: 
Válvulas de Gas Lift Orifício Venturi: 
Orifício Venturi 
Orifício Convencional 
RC = 0,54 
Orifício Venturi 
RC = 0,95 
Diferença entre as Válvulas Venturi e Orifício Convencional 
VANTAGENS 
- Vazão crítica mais elevada; 
- Aprofundamento do ponto de injeção; 
- Aumento da vazão de injeção de gás; 
- Redução na pressão de injeção de gás; 
- Melhor controle de poços instáveis. 
- Mais robusta 
 
 
 
 
DESVANTAGENS 
- Mais cara; 
- Mais instável que a válvula de orifício se 
estiver operando no regime subcrítico. 
 
Válvulas de Gas Lift Orifício Venturi: 
Equipamentos – Travas: 
São utilizadas para auxiliar no assentamento e retirada das VGL no 
Mandril, pois atuam na interface da VGL com a ferramenta de “wireline”. 
Gas Lift 
(Análise de Falhas) 
Comunicação 
Coluna x Anular 
Mandril de Gas Lift 
Problema 
Válvula de Gas Lift 
Equipamento Falha 
• Falha na válvula de retenção 
• Falha nas gaxetas de 
vedação 
• Inadequação da válvula ao 
tipo de operação 
• Instalação incorreta 
• Furo no corpo do mandril 
• Rompimento do mandril 
• Trinca no corpo do mandril 
Perda 
Completa / 
Parcial 
da Injeção de 
Lift Gas 
Equipamentos do 
Sistema de GL 
Problema 
Válvula de Gas Lift 
Equipamento Falha 
• Dano à válvula durante 
operação 
• Obstrução/restrição da 
válvula de gas lift 
• Perda de calibração da 
válvula 
• Obstrução de válvulas 
• Obstrução da Admissão do 
 Mandril 
Anel de Retenção Dardo da Check 
• Falha na check é propensa devido a alta velocidade do escoamento e não 
constitui uma barreira confiável. 
• É comum o vazamento quando submetido a baixas pressões em fluxo reverso 
Falha da Válvula de Gas Lift 
Dardo da Check 
• Perda de injeção de gás devido a falha de componentes móveis da VGL, com 
obstruçãodo circuito de passagem. 
Falha da Válvula de Gas Lift 
VGLs de alta confiabilidade: 
• Qualificada como barreira de segurança de poço 
• Projetada para altas vazões de descarga de fluidos 
• Projetada para escoamento de altas vazões de gás 
Gas Lift 
(Válvula de Pressão) 
• As válvulas calibradas, também denominadas válvulas de pressão ou de fole 
carregado, permitem um controle sobre a vazão de gás. 
 
• A válvula calibrada é do tipo normalmente fechada, abrindo-se apenas com alta 
pressão no espaço anular 
Válvulas de Pressão: 
Válvulas de Pressão: 
Funções básicas da VGL de Pressão: 
1. Permitir a retirada do fluido de 
amortecimento do poço a partir da 
pressão de gás disponível na 
superfície (operação de partida ou 
kick-off); 
 
2. Quando utilizada como válvula 
operadora, controlar a vazão de gás 
a ser injetada na coluna de 
produção. 
Princípio de Funcionamento das Válvulas de Pressão: 
1. Na abordagem tradicional são 
consideradas como válvulas do tipo 
totalmente aberta ou fechada; 
 
2. Existem abordagens mais recentes 
sobre o desempenho dinâmico das 
válvulas de pressão. 
Considerações Básicas VGL de Pressão: 
Princípio de Funcionamento das Válvulas de Pressão: 
Abordagem Tradicional (Abertura): 
 
Supondo a válvula Fechada temos o seguinte 
equilíbrio de forças: 
Pbt . Ab = Pvo . (Ab – Av) + Pt . Av 
Onde: 
Pbt = pressão no interior do fole à temperatura de operação; 
Pt = pressão no tubo à jusante da válvula; 
Pvo = pressão de gás no revestimento para abertura da 
 válvula, à montante da válvula; 
Ab = área do fole da válvula; 
Av = área da sede da válvula. 
Princípio de Funcionamento das Válvulas de Pressão: 
Onde: 
Explicitando a Pressão de Abertura (Pvo), temos: 
𝑅 =
𝐴𝑣
𝐴𝑏
 
𝑃𝑣𝑜 =
𝑃𝑏𝑡
1 − 𝑅
− 𝑃𝑡.
𝑅
1 − 𝑅
 
Princípio de Funcionamento das Válvulas de Pressão: 
Na prática, Pvo é considerada como Pcal, pois Pt na bancada 
é zero 
Para calibrar a VGL precisamos saber qual a pressão 
no fole: 
𝑃𝑏𝑡 = 𝑃𝑣𝑜. 1 − 𝑅 + 𝑃𝑡. 𝑅 
Calculada @ profundidade (P,T) de operação da VGL 
𝑃𝑏𝑡@𝑇𝑐𝑎𝑙 = 𝑃𝑐𝑎𝑙. 1 − 𝑅 + 𝑃𝑡. 𝑅 
0 
𝑃𝑐𝑎𝑙 =
𝑃𝑏𝑡@𝑇𝑐𝑎𝑙
1 − 𝑅
 
Princípio de Funcionamento das Válvulas de Pressão: 
Onde T, em °F, é a temperatura na profundidade de operação 
da válvula de gas lift. 
A pressão no fole à temperatura de calibração (de 
referência) Pbt @ Tcal, pode ser calculada pela seguinte 
equação: 
𝑃𝑏𝑡@𝑇𝑐𝑎𝑙 =
𝑃𝑏𝑡
1 + 0.00215. 𝑇 − 𝑇𝑐𝑎𝑙
 
Princípio de Funcionamento das Válvulas de Pressão: 
Abordagem Tradicional (Fechamento): 
 
Supondo a válvula Aberta temos o seguinte 
equilíbrio de forças: 
Pbt . Ab = Pvc . (Ab – Av) + Pvc . Av 
Pbt = Pvc 
Conceito de “Spread” das Válvulas de Pressão: 
• Corresponde à diferença entre a pressão de abertura e a pressão de 
fechamento de uma válvula de fole carregado e operada pela pressão 
de revestimento. 
Spread ou Amplitude da válvula = (Pvo – Pvc) 
Calibração da Válvula 
• O ambiente de calibração deve ser 
controlado para reduzirmos as 
variações de abertura/fechamento 
das VGLs em condições de 
operação. 
Uma válvula de gas lift do tipo BK-1 com diâmetro da porta de 3/16” (R = 0,094) 
foi calibrada com uma pressão de 600 psig @ 60°F. Esta válvula será assentada 
num poço a 1830 m, onde irá operar em uma temperatura de 160°F. 
Pergunta-se: 
 
a) Qual a pressão do Nitrogênio no Fole a 60°F? 
 
b) Qual a pressão do Nitrogênio no Fole na profundidade de operação? 
PROBLEMA – Calibração de Válvula de Pressão 
Solução: 
 
Pcal @60°F = 600 psig 
a) 𝑃𝑐𝑎𝑙 =
𝑃𝑏@60°𝐹
1−𝑅
  𝑃𝑏@60°𝐹 = 600. 1 − 0,094 
𝑷𝒃@𝟔𝟎°𝑭 = 𝟓𝟒𝟑, 𝟔 𝒑𝒔𝒊𝒈 (Pressão no interior do Fole @ 60°F) 
 
b) 
𝑃𝑏𝑡
𝑃𝑏
= 1 + 0,00215. 𝑇 − 𝑇𝑐𝑎𝑙  
𝑃𝑏𝑡 = 543,6. 1 + 0,00215. 160 − 60 
𝑷𝒃𝒕 = 𝟔𝟔𝟎, 𝟓 𝒑𝒔𝒊𝒈 (Pressão do Nitrogênio no Fole @ 160°F) 
PROBLEMA – Calibração de Válvula de Pressão 
Um Engenheiro de Campo solicitou a calibração de uma válvula de gas lift do tipo 
R-20 com diâmetro de porta de ¼” (R = 0,066). A pressão de calibração solicitada 
foi de 900 psig @ 80°F. Sabendo-se que a temperatura ambiente onde a válvula 
vai ser calibrada é de 32°C, qual deve ser a pressão de calibração correspondente 
a esta temperatura? 
Solução: 
 
Pcal @80°F = 900 psig 
a) 𝑃𝑐𝑎𝑙 =
𝑃𝑏@80°𝐹
1−𝑅
  𝑃𝑏@80°𝐹 = 900. 1 − 0,066 
𝑷𝒃@𝟖𝟎°𝑭 = 𝟖𝟒𝟎, 𝟔 𝒑𝒔𝒊𝒈 (Pressão no interior do Fole @ 80°F) 
 
b) 
𝑃𝑏𝑡
𝑃𝑏
= 1 + 0,00215. 𝑇 − 𝑇𝑐𝑎𝑙  
Conversão de Temperatura de Celsius para Fahrenheit: 𝑇 °𝐶 =
𝑇 °𝐹 −32
1.8
 
 32 =
𝑇 °𝐹 −32
1.8
  𝑇 °𝐹 = 32 𝑥 1,8 + 32  𝑇 °𝐹 = 89,6 °𝐹 
 
𝑃𝑏𝑡 = 840,6. 1 + 0,00215. 89,6 − 80 
𝑷𝒃𝒕 = 𝟖𝟓𝟖 𝒑𝒔𝒊𝒈 (Pressão do Nitrogênio no Fole @ 89,6°F) 
 
𝑃𝑐𝑎𝑙@89,6°𝐹 =
𝑃𝑏@89,6°𝐹
1−𝑅
  𝑃𝑐𝑎𝑙@89,6°𝐹 = 858/ 1 − 0,066 
 
𝑷𝒄𝒂𝒍@𝟖𝟗, 𝟔°𝑭 = 𝟗𝟏𝟗 𝒑𝒔𝒊𝒈 
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Métodos de Elevação Artificial