1 PIPESIM2000

INTRODUCCIÓN

Este manual esta enfocado para facilitar el trabajo de los ingenieros de producción que

necesiten de la aplicación PIPESIM en el desarrollo de su trabajo del dia a dia. Uno de los

problemas que tienen los usuarios a la hora de trabajar con una aplicación nueva, es la falta

de información de la misma, y más aún si no se tiene ningún tipo de adiestramiento. El

objetivo de este manual es el de facilitar el entendimiento de la aplicación con los modelos

típicos que se requieren a la hora estudiar un pozo y/o red de distribución o recolección de

fluidos. De esta manera se construirán paso a paso cada uno de éstos modelo típicos a la

vez que se introducirán algunos conceptos los cuales son básicos y necesarios su

comprensión y entendimiento.

Otro punto importante es la cantidad de ventajas que tiene contar con un manual de

operaciones de este tipo, ya que son de bastante utilidad los tips que se encuentran en su

contenido. A medida que vayamos avanzando en la creación de los modelos se explicará

cada uno de los parámetros necesarios para su construcción.

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CONTENIDO

1 - Módulos del PIPESIM ……………………………….. 3

2 - Creación de Pozo con Gas-Lift……………………….. 6

2.1 - Correlaciones de Fluidos……………………. 15

2.2 - Análisis Nodal………………………………. 19

2.3 - Superposición de gráficas…………………… 23

2.4 - Rendimiento de Gas-Lift……………………. 24

2.5 - System Analysis…………………………….. 25

2.6 - Bombas BES………………………………… 25

3 - Modelo Composicional……………………………….. 28

4 - Modelo de Red………………………………………… 31

3

6

15

19

23

24

25

25

28

31

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MÓDULOS DEL PIPESIM2000

El PIPESIM esta conformado por los siguientes módulos:

• Pipeline & Facilities

• Well Performance Analysis

• Network Analysis

• Production Optimization (GOAL)

• Field Planning (FPT)

• Multi-lateral (HoSim)

PIPELINES & FACILITIES

Este módulo permite modelar el flujo detallado desde el cabezal del pozo hasta su destino

final. Un entendimiento detallado del sistema hidráulico es crítico para muchos diseños de

tuberías de flujo y problemas de flujo en sistemas multifásicos complejos. Si es requerido,

los pozos pueden ser armados dentro del mismo sistema o modelo para simular el flujo

desde el yacimiento.

Este módulo modela lineas de flujo verticales y horizontales y los procesa a través de

equipos hasta el punto final. Los objetos detallados en las líneas de flujos de este módulo

permite a los usuarios introducir la topología del terreno y una data detallada de

transferencia de calor con cubiertas aislantes, y los usuarios pueden incluir equipos como:

bombas, compresores, intercambiadores de calor y separadores. Para estudios detallados de

tuberías este módulo predice las características de taponamiento, formación de hidratos y

muchos otras variables críticas.

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WELL PERFORMANCE

Este módulo es fundamental para los ingenieros de petróleo en el diseño y optimización de

sistemas de producción. Esta diseñado para completar el flujo de trabajo de los ingenieros

dando un análisis eficiente y rápido de flujo multifásico desde el yacimiento hasta su

destino final. Este módulo incluye modelos de completaciones detalladas (multiples

zonas), perfiles de tuberías, chokes en el cabezal y puede ser extendido hasta las tuberías de

superficie.

Es un modelamiento conceptual y detallado de producción e inyección de gas. Los usuarios

pueden definir un gran rango de tipos de completación de pozos incluyendo yacimientos de

multiples capas. Este módulo simula el flujo desde el yacimiento a través de la tubería de

producción. La base de datos interna del PIPESIM incluye un rango de válvulas de Gas

Lift y bombas BES las cuales pueden ser definidos dentro del tubing. Para un análisis

eficiente, hay una serie de operaciones disponibles para ser utilizados. Ej. Análisis Nodal,

diseño de Gas Lift, diseño del tubing, etc.

NETWORK

Este módulo permite a los usuarios combinar los modelos de tubería y pozos en un

simulador de red. La red utiliza una solución algoritmica que permite construir redes

complejas que incluyen: recolección / sistema de distribución con intersecciones, líneas

paralelas, etc. También permite combinar producción y sistemas de inyección dentro del

mismo modelo. El análisis de red puede ser corrido tanto con Black Oil como para Fluido

Composicional e incluye mezclas de fluidos en puntos de conexión. El módulo red también

incluye el mismo proceso de equipos que el modelo simple de pozo.

GOAL

El módulo de optimización de producción (GOAL) provee un gran campo de soluciones

utilizando una optimización algoritmica para identificar la mejor distribución de Gas Lift o

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la fuerza de la bomba BES en todo el sistema. El GOAL permite incluir en cualquier punto

fluidos complejos (ej. Capacidad para manejar agua y gas). La solución del GOAL esta

diseñada para ser utilizado en las operaciones diarias y puede alocar el levantamiento

artificial para optimizar campos en solo segundos. El GOAL se conecta con el módulo de

Pozo (Performance Well).

FIELD PLANING TOOL (FPT)

El modelo de red de PIPESIM puede ser integrado con los yacimientos y modelado a través

de la vida del campo. El FPT es un programa ejecutivo, el cual controla las condiciones de

borde, transferencia de data, convergencia, desarrollo de campo y post procesamiento tanto

de yacimientos como modelo de superficie. El FTP incluye un acoplamiento directo con

ECLIPSE 100 (Black-Oil), ECLIPSE 300 (Composicional) y otros modelos de

yacimientos.

MULTILATERAL WELLS (HOSIM)

Este módulo permite un desarrollo de los complejos modelos de pozos horizontales y

multilaterales. El HOSIM utiliza una solución general de algoritmo para simular el sistema

permitiendo identificar la contribución de flujo de cada una de las zonas laterales. El

HOSIM incluye un modelo de influjo detallado para capturar el comportamiento en las

cercanías del pozo y la productividad del mismo. Este módulo también permite incluir

equipos tales como válvulas, separadores, bombas en el modelo y permitir un análisis de

pozo.

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CREACION DE UN MODELO DE POZO SIMPLE (Gas Lift)

Una vez dentro de la aplicación se oprime la opción: File / New

Hay varias opciones dentro de las cuales se encuentran:

New Network

Well Performance Analysis

Pipeline and Facilities

Single Branch Wizard

En este caso crearemos un Well Performance Analysis que es el pozo simple.

Porsteriormente comenzamos a añadirle cada uno de los componentes que contiene el pozo

(yacimiento, tuberías, tipo de fluido, etc.). En la parte superior de la aplicación se

encuentran todos los comandos necesarios para la construcción de nuestros modelos. Por

ejemplo, con el mouse, le damos un click en el icono de yacimiento vertical y luego sobre

la pantalla en blanco le damos otro click para posicionar el yacimiento:

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Igualmente se hace para añadirle los demás componentes del pozo como por ejemplo el

tubing. Es necesario antes de colocar el tubing, un punto a donde éste se conecta, este

punto es un Nodo:

Click con el Mouse

Nodo

Tubing

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Con el boton izquierdo del mouse se selecciona el tubing en los iconos superiores y se une

el yacimiento con el nodo dejando presionado el boton del mouse hasta llegar al nodo.

El recuadro en rojo sobre las figuras significa que a éstas le faltan datos, por lo que es

necesario darle docle click en cada una de ellas y comenzar a introducir los datos. Se

procede entonces a introducir los datos del yacimiento:

Con un doble click sobre el yacimiento aparece el recuadro de la figura y las zonas en rojo

son los datos obligatorios que debemos introducir. Ej:

Static pressure = 1600 psia (Presión Estática del Yac.)

Temperature = 210 °F

Luego se encuentra la parte del Completion Model. Aqui hay varias opciones dentro de las

que se encuentra:

Introducir datos

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Well PI: Esta relacionado con el índice de productividad (I):

Qo = I * (Pe – Pwf)

Si el yacmiento se encuentra bajo el punto de burbujeo entonces:

Qo = I * (Pwf – Pb) + (I / 2*Pb)*(Pb2 – Pwf2)

Vogel’s Equation: Esta ecuación fue desarrollada para yacimientos saturados y esta

definida como sigue:

Qo = Qmax. (1 – (1 – C) (Pwf/Pe) – C (Pwf / Ps)2) donde:

Qmax es la máxima tasa que puede tener el pozo si no existe diferencial de presión entre la Pe y Pwf, es decir

∆P = 0

C = constante 0.8

Fetkovich´s Equation: es un desarrollo de la Ec. de Vogel para tomar en cuenta los

ejectos de altas velocidades. La Ecuación queda a continuación:

Qo = Qmax (1 – (Pwf / Pe)2)n

Donde:

Qmax es la tasa máxima de pozo.

n = al valor de la curva de Fetkovich según la ecuación de Arp.

Jones´s Equation: La ecuación de Jones viene dada por:

Pe – Pwf = AQo2 + BQo Donde:

A es el coeficiente de turbulencia

B es el coeficiente laminar

Estos coeficiente deben satisfacer A>=0 y B>=0

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Back Pressure Equation: Desarrollada por Rawlins y Schellhardt en 1935 luego de ser

probada con mas de 500 pozos esta diseñada para yacimientos de Gas Condensado, y viene

dada por la ecuación:

Qo = C (Pe2 – Pwf2)n

Donde:

C = indice de productividad del gas

n = valor de la pendiente

Pseudo Steady State: La ecuación del estado semi-estable (Darcy) viene dada por:

Q = kh(Pe-Pwf)/141µoβo(ln(Re/Rw)-0.75+s))) Donde: S = daño K = permeabilidad h = espesor µo = Viscosidad del petróleo βo = factor volumétrico del petróleo Re = Radio de drenaje del pozo Rw= Radio del pozo

Forchheirmer’s Equation: La ecuación de Forchheirmer viene dada por:

Pe2 – Pwf2 = Fqo2 + Aqo Donde: F = Coeficiente de turbulencia A = Coeficiente Laminar Estos coeficientes deben satisfacer F=>0 y A=>0

Para el ejemplo que estamos haciendo vamos a tomar la Ecuación de Vogel, donde se

introducen los datos de Pws (Presión Estática del Yac.), la Pwf y la tasa a la cual esta

produciendo el pozo. En este caso se coloca una Pwf cualquiera y se le da en la opción

Calculate AOFP para calcular una Tasa Máxima (Qmax):

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Una vez terminado de introducir los datos del yacimiento, pasamos a la tubería de

producción. Doble click con el mouse sobre el tubing y seleccionamos la opción Single

Model introducimos los datos correspondientes a la tubería; número de tubos, diámetros

internos/externos, tipo de método de producción (Gas Lift, ESP ), etc;

Single Model

Introducir datos

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Es recomendable realizar un pequeño grafico del diagrama mecánico del pozo y asi definir

bien todas las tuberías y detalles de las mismas. Por ejemplo, en el caso que estamos

trabajando el diagrama sería este:

Con esta información procedemos a colocarlo dentro de nuestro modelo de PIPESIM. Para

obtener los diámetros internos de las tuberías en la opción de ayuda podremos conseguirlo:

TUBERIA DE 2 7/8’’

CASING DE 7’’6817

6779

VALVULA GAS LIFT @ 6353

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En la opción de contenido dentro de la ayuda se encuentra un tópico llamado Tipical &

default data y dentro de ella hay una que se llama Tubing Tables. Alli conseguimos

todos los diámetros internos y externos de las tuberías.

Una vez terminado de introducir todos los datos del yacimiento y de la tubería necesitamos

introducir ahora los datos del fluido. En la opción Setup se coloca el tipo de fluido que

tenga nuestro sistema, puede ser Black Oil, Composicional, o se puede disponer de un

PVT.

Nuestro ejemplo es un Black Oil y los datos son los siguientes:

API = 28

RGP = 700 pc/bbl

GE = 0.78

AyS = 55%

Debemos colocarle un

Nombre al fluido.

Y procedemos a llenar

los datos:

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Si conocemos algunos datos de la viscosidad en la opción de Viscosity Data se pueden

introducir y se tiene la opción de utilizar tanto correlaciones ya establecidas como datos

calculados.

Una vez introducidos los datos del fluido ya tenemos nuestro modelo listo para ser corrido

y validado. Generalmente se dispone de datos de pruebas fluyentes en los pozos, las cuales

nos servirán para poder seleccionar una correlación del fluido que se ajuste a nuestro

modelo. En este caso se introducen los datos de las pruebas en el modelo. En la opción

Operation se selecciona Flow Correlation Matching

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Dentro de esta opción se introducen todos los puntos de las pruebas y se seleccionan

algunas correlaciones del lado derecho para así hacer la corrida y seleccionar la que mejor

se ajuste. También se coloca algunos datos de interés, por ejemplo la presión de entrada o

de salida y la tasa de petróleo. Una (la que se seleccione) debe quedar como incógnita. Se

presiona la opción Run Model: (antes de correr el modelo se debe guardar en disco).

Luego la aplicación genera las gráficas de los puntos de las pruebas y las correlaciones

seleccionadas, donde se puede observar y seleccionar la que mejor se ajuste a nuestro

modelo.

Seleccionar las correlaciones

Introducir la data de pruebas

Nuestros puntos

Correlaciones

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En la gráfica anterior se muestra un perfil profundidad y presión donde podemos apreciar

nuestros puntos (las pruebas) y las correlaciones que seleccionamos en la opción de Flow

Correlation Matching. La correlación que mejor se ajusta a nuestros puntos parecer ser la

Duns & Ros, pero debemos verficar también un perfil profundidad temperatura. Para esto

cambiamos el eje de presión y colocamos temperatura

Con respecto a la gráfica de profundidad vs temperatura se puede apreciar que existe un

desplazamiento de los puntos de las pruebas con respecto a las correlaciones. Esto quiere

decir que la tranferencia de calor de la tubería del modelo, no se está reflejando como el de

las correlaciones, por lo que es necesario colocarle un coeficiente térmico (U) un poco más

elevado. Se procede como se muestra a continuación:

Colocar temperatura

Doble click

Click y luego ok

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Luego de que se haya cambiado el valor U se corre el modelo nuevamente y se comparan

ambas gráficas (Prof. vs Presión y Tempertatura) hasta que se consiga un valor de U donde

las curvas esten un poco más ajustadas.

Para este nuevo valor de U la correlación que mejor se ajusta a los puntos de las pruebas se

encuentra entre ANSARI y HAGEDORN & BROWN. De esta manera seleccionamos la

correlación del fluido que tendrá nuestro modelo. En este caso vamos a utilizar de

correlación de HAGEDORN & BROWN por lo que debemos colocarla en la opción Setup /

Flow Correlation:

Colocar un valor más grande. Ej 4

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Ahora la aplicación utilizará esta correlación para hacer todos los cálculos que se requieran,

o que el usuario necesite. El siguiente paso es representar las condiciones reales del pozo

dentro de nuetro modelo. Para ello es conveniete realizar un Análisis Nodal del pozo y asi

estudiar el comportamiento de las curvas IPR donde se analizan las curvas de Oferta (lo que

aporta el yacimiento) con la curva de Demanda (lo que puede aporta el pozo). De alli se

saca la tasa máxima posible y las condiciones reales del pozo. Para ello anexamos un punto

nodal en la parte donde se desee hacer el análisis, en este caso al comienzo del tubing.

Colocar HAGEDORN & BROWN

Se coloca el punto nodal al final de la tubería y se une con el yacimiento utilizando un conector

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Ahora con punto nodal al comienzo de la tubería se realiza una corrida con la opción

Operation / Nodal Analysis:

Y se procede a colocar los parámetros que tiene el pozo:

THP = 100 lpc

API = 28°

Tasa Max. = 621 bbl/d (viene del calculo de la Pwf de Ec. Vogel) Y se corre el modelo para verificar la tasa actual que es de 520 bbl/d. (Run Model)

dando como resultado la siguiente gráfica:

Datos

Tasa actual del pozo 520 bbl/d aprox.

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donde el cruce de las curvas de Oferta y Demanda es la tasa actual de pozo en este caso 520

bbl/d aproximadamente. Ahora si tenemos nuestro pozo bien representado dentro del

modelo y podemos hacer diferentes sensibilidades de cualquier tipo. En la opción de

Operations:

se encuentran distintas opciones que podemos utilizar para realizar cualquier tipo de

sensibilidades, y las más utilizadas son las siguientes:

• System Analysis: Para generar cualquier tipo de sensibilidades.

• Pressure/Temperature Profile: Es un perfil para calcular cualquier dato que se desee.

• Flow Correlation Matching: Para generar las correlaciones del fluido.

• Nodal Analysis: Para realizar análisi nodales.

• Artificial Lift Performance: Para optimizar la cantidad de Gas Lift a inyectar.

Operations

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Un tipo de sensibilidad que se puede realizar dentro de la opción de análisis nodal por

ejemplo es hacer distintas comparaciones de presión de cabezal 80, 100, 120 lpc, entonces

dentro de la opción de Nodal Analysis:

Se genera de esta manera distintas gráficas de análisis nodal. Otra forma de comparar

gráficas de un mismo pozo es la siguiente.

Supongamos que este pozo en vez de estar inyectando gas-lift por la ultima válvula, lo esta

inyectando por la penúltica, la cual se encuentra ubicada a 6200 pies, entonces se la cambia

el valor de la profundidad de la válvula a 6200 pies:

Datos

Se coloca 6200’

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se guarda este caso con otro nombre y luego se corre el análisis nodal. El PIPESIM cuando

realiza alguna corrida genera una serie de archivos en el mismo directorio donde se

encuentra el archivo del pozo (archivo de Pipsim), y uno de estos archivos lo vamos a

utilizar para anexar la corrida de caso anterior. Una vez terminada la corrida se genera el

gráfico:

Este es el resultado del análisis nodal del pozo con el punto de inyección a 6200 pies.

Ahora le vamos a superponer la gráfica de pozo original. Para ello se selección la opción

File / Append File y se busca el archivo original del primer modelo con extensión *.plt:

Append File

Se selecciona*.plt

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El resultado es el siguiente una gráfica superpuesta sobre la otra:

Para eliminar la curva que se sobrepone sobre la del yacimiento se activa la opción Edit /

Sort Values quedando de esta manera:

Es esta última gráfica se puede apreciar como varía la tasa del pozo con las mismas

condiciones excepto la direrencia de altura en el punto de inyección de gas.

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Curva de rendimiento de Gas Lift

Para generar la curva de rendimiento de gas lift seleccionamos la opción Operation /

Artifitial Lift Performance y se colocan una serie de valores de inyección de gas:

Luego se le da en la opción de Run Model y se obtiene la gráfica de Qo vs Cantidad de

inyección de gas lift:

Nótese que una vez alcanzado los 0.4 MMpc de inyección de gas se tiene la misma tasa de

petróleo, 400 bbl/d aprox., es decir, que la tasa óptima en este caso es 0.4 MMpc

Colocar valores de inyección de gas

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System Analysis

En esta sección de Operations se pueden hacer diferentes sensibilidades de los parámetros

que tiene el pozo. Por ejemplo, podemos calcular la presión de cabezal con un rango de

RGP en el pozo:

De esta manera se obtienen los resultados en la gráfica y optimizar el modelo del pozo.

Caso Bombas BES

Si en el ejemplo anterior cambiamos el método de producción por una bomba

electrosumergible debemos especificarlo en la configuración de la tubería:

Cambiar a ESP

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se procede a colocar la bomba en este caso pondremos una bomba tipo REDA, Modelo

DN675, 65 hz y 200 etapas, con un separador de gas en el fondo de 90% de eficiencia.

Ahora con este nuevo método de producción realizamos un análisis nodal y lo comparamos

con la gráfica del método de gas lift.

Aquí se puede apreciar el incremento de la tasa que presenta el pozo con la bomba BES.

Este incremento es de 100 bbl/d aprox. De esta manera se puede compara un mismo pozo

tanto con método de gas lift, como para método de bombas BES.

∆Qo = 100 bbl/d

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PIPILINES & FACILITIES (Modelo Composicional)

A continuación se presentará un modelo de tubería que transporta un fluido composicional

Gas, a través de una tubería como se describe en la figura:

El ejemplo costa de 3 tuberías (1 horizontal y 2 verticales) y una fuente donde se bombea el

gas. Se desea saber la presión que debe tener el gas en la fuente para que llegue a su

destino final a 930 lpc. La composición del gas es la siguiente:

Componente Mol %

Nitrógeno 0.553 Dioxido de Carbona 5.01 Metano 71.712 Etano 7.013 Propano 3.653 Isobutano 1.207 Butano 1.052 Isopentano 0.613 pentano 0.504 Hexano 0.931 C7+ 7.752

FUENTE

TUBERIAS

El C7+ tiene las siguientes propiedades: Pto. Ebullición = 100.9 °C Gravedad Específica = 0.68 Peso Molecular = 114.72

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Una vez colocadas todas las tuberías y la fuente (con la ayuda de los iconos en la parte

superior del menú), se procede a ingresar los componentes del gas:

Se van seleccionando todos y cada uno de los componentes y se añaden a la parte derecha

del menú. Para los componentes mas pesados se selecciona la pestaña Petroleum Fraction

y se agrega el componente: en este caso C7+ junto con su PM, GE y PE.

COMPOSICIONAL

SE COLOCAN LOS Y SE AÑADE

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Una vez que los componentes esten completos junto con su %Mol. correspondiente se

procede a normalizar y luego se selecciona la opción Phase Envelope para observar el

diagrama de fase de la composición:

De esta manera tenemos nuestro fluido listo para el cálculo de la presión. Se procede

entonces a correr el modelo con la opción Operations / Pressure/Temperature Profile:

SE REQUIERE DE 1500 LPC APROX.

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Si se requiere observar el estado de la composición en la tubería se le superpone el

diagrama de fase al perfil de presión y distancia:

Primero se cambia la variable de distancia por temperatura. En la opción Series:

Y luego en la opción File / Append File se añade la envolvente cuya extensión es *.env:

En esta gráfica se puede apreciar el estado de la composición en el diagrama de fases.

SE CAMBIA A TEMPERATURA

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MODELO DE RED

En este ejemplo se creará un sistema de red sencillo. Estará compuesto de un pozo

productor, una fuente de liquido y un llegadero.

Se abre la aplicación en el módulo net y se procede a crear el pozo, las tuberías, la fuente y

el llegadero.

Y se introducen todos los datos tanto de las tuberías como de la fuente, el sumidero y el

pozo. Con un doble click en el pozo la aplicación se posiciona en el módulo Well.

UTILIZANDO LOS ICONOS

SE CREA LA RED

DOBLE CLICK SOBRE EL POZO PRODUCTOR

32 PIPESIM2000

De esta manera introducimos los datos del pozo (datos del yacimiento, tubing, método de

levantamiento, fluido de producción, etc.). Igualmete procedemos con los datos de las

tuberías que conforman la red, fuentes y sumideros.

Una vez ya armada la red con todos sus datos, se procede a chequearla y luego a correrla.

Cuando la corrida ha finalizado se posiciona el mouse en cualquier punto de la red y se

pueden observar los valores resultantes (presiones, volumenes, temperaturas, etc.).

SE CHEQUEA Y SE CORRE

RESULTADOS EN CADA PUNTO

33 PIPESIM2000

La forma de ver resultados gráficos es la siguiente: con el mouse se selecciona la tubería

que se desea graficar y luego se oprime el icono en la parte superior Prolile Plot:

Y se obtiene la gráfica de presión vs distancia de tubería:

SE SELECCIONA Y SE OPRIME EL ICONO DE PROFILE PLOT

34 PIPESIM2000

También se pueden seleccionar varias tuberías a la vez y graficarlas: se seleccionan las

tuberias con el mouse dejando la tecla Shift presionada:

Y se obtiene la gráfica con las tuberías seleccionadas.

CON LA TECLA SHIFT SE SELECCIONAN VARIAS TUBERIAS

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