Mechanistic model for predicting downhole natural separation efficiency

Richard Márquez and 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

This paper presents a mechanistic model to predict downhole natural separation efficiency. Based on drift-flux model, a new mathematical formulation was developed to estimate natural separation efficiency. The new model considers the existence of the slip velocity not only in the vertical direction, but also in the radial direction. The new and robust model is a function of important variables such as geometric characteristics of the bottomhole, slip velocity at both vertical and radial direction and the gas and liquid flow rates. Available experimental data was used to obtain a new correlation for the bubble drag radius, as a function of gas flow rate. Predictions of the model have been compared and verified against experimental data, showing good agreement.

Key words: Natural separation, free gas, slip velocity, artificial lift, mechanistic model.

Modelo mecanístico para predecir la eficiencia de separación natural en fondo de pozo

Resumen

Este articulo presenta un modelo mecanístico para predecir la eficiencia de separación natural en el fondo del pozo. Basado sobre el modelo drift-flux, se desarrolló una formulación matemática para estimar la eficiencia de separación natural. El nuevo modelo considera la existencia de la velocidad de deslizamiento no solo en la dirección vertical, sino también en la dirección radial. El nuevo modelo es función de importantes variables, tales como: las características geométricas del fondo del pozo, la velocidad de deslizamiento en la dirección radial y vertical, y las tasas de gas y líquido. Se utilizó data experimental disponible para obtener una correlación para estimar el radio de arrastre de las burbujas, como una función de la tasa de gas. Las predicciones del modelo fueron comparadas y verificadas con data experimental, obteniéndose buenos resultados.

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