Two-phase model for predicting downhole natural separation efficiency

Richard Márquez y Mauricio Prado

The University of Tulsa. Arizona, USA. rmarquez@luz.edu.ve; Mauricio-prado@utulsa.edu. Phone: 0414-6137946 (Vzla); 001-918-6315163 (USA).

Abstract

Based on the need to determine how much free gas can be expected at the pump intake, a theoretical approaches for predicting natural separation efficiency is proposed in this paper. This approach is represented for a two-phase flow model, where a new variable given by the gas void fraction is considered in the solution of the system of equations. The proposed approach considers simultaneously the effect of important variables such as slip velocity at the radial and vertical direction, geometric characteristic of the bottomhole, gas and liquid flow rates, pressure, among others, being even sensible to the flow pattern regime. The two-phase flow model require knowing the gas bubble size, so available experimental data allowed to develop some correlations for this unknown variable. The proposed model represents a new, useful and important attempt in the prediction of downhole natural separation efficiency.

Key words: Natural separation, free gas, slip velocity, artificial lift, two-phase flow model.

Modelo de flujo bifásico para predecir la eficiencia de separación natural en fondo de pozo

Resumen

Basado sobre la necesidad en determinar que cantidad de gas libre puede esperarse a la entrada de la bomba, este articulo propone una aproximación teórica la cual permite predecir la eficiencia de separación natural en el fondo del pozo. Esta aproximación teórica se encuentra representada por un modelo de flujo bifásico, el cual considera la fracción vacía de gas como una nueva variable en la solución del sistema de ecuaciones. Este modelo propuesto considera simultáneamente el efecto de importantes variables tales como la velocidad de deslizamiento en la dirección radial y vertical, las características geométricas del fondo del pozo, las tasa de flujo de gas y líquido, presión, entre otros, además de considerar el patrón de flujo. El modelo de flujo bifásico requiere además conocer el tamaño de la burbuja de gas, por lo que data experimental disponible permitió desarrollar algunas correlaciones para esta desconocida variable. El modelo propuesto representa un nuevo e importante intento en la predicción de la eficiencia de separación natural en el fondo del pozo.

Palabras clave: Separación natural, gas libre, velocidad de deslizamiento, levantamiento artificial, modelo de flujo bifásico.