Presión y Temperatura del Yacimiento Compilado por: Ing. Pedro Alfonso Casallas G.
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Presión de formación
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Presión −
−
−
La presión que tiene un yacimiento es función de la profundidad del yacimiento. La presión en un punto del subsuelo depende altamente de la columna de fluidos que hay por encima de ese punto. La teoría de presiones estáticas es solo válida para yacimientos nuevos donde la etapa de producción aún no ha comenzado o aún no se ha producido volúmenes considerables. Los yacimientos de agua o hidrocarburos se pueden clasificar de acuerdo a su presión en tres grupos: 1. Normales: presentan una presión normal correspondiente al gradiente de presión de los fluidos y profundidad del yacimiento. 2. Sobrepresionados: Están a presionar mayores a las que debieran estar de acuerdo a su profundidad. 3. Subpresionados : Están a presiones menores a las que debieran estar de acuerdo a su profundidad.
−
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Presión de sobrecarga −
−
La presión total a cualquier profundidad es conocida como presión de sobrecarga; está conformada por el efecto combinado del peso de la roca y los fluidos (agua, aceite o gas). En la mayoría de las bases sedimentarias la presión de sobrecarga incrementa linealmente con la profundidad y típicamente tiene un gradiente de 1 psi/pie. Pa Presión, psi
−
s e i p , d a d i d n u f o r P
Presión del fluido
Presión del grano Presión de sobrecarga
Subpresionado
Sobrepresionado Presión hidrostática normal
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Presión de sobrecarga −
A una profundidad data, la presión de sobrecarga (PS) puede ser igualada a la suma de la presión del fluido (PF) y la presión de grano o matriz (PG) actuando entre las partículas individuales de roca:
−
PS = PF + PG
− −
Ya que la PS permanece constante a cualquier profundidad:
−
d(FP) = -d(GP)
− − −
−
Esto es, una reducción en la presión del fluido se reflejará en el correspondiente incremento en la presión del grano y viceversa. Los regímenes de presión de fluido en columnas de hidrocarburo están dictados por la predominante presión del agua en la vecindad del yacimiento. En un dpa cualquier caso normal la presiónp del= agua profundidad puede ser calculada + * h 14 . 7 w como: dh w Universidad de América – Yacimientos
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Presión hidrostática − −
−
− −
−
El gradiente de presión del agua (dp/dh) dependen de la composición química (salinidad); para el agua pura tiene el valor de 0.4335 psi/pie. La presión atmosférica (1 atm = 14.7 psia) se agrega para expresar la presión en unidades absolutas (psia) en vez de unidades manométricas (psig, medida en relación a la presión atmosférica). En muchas instancias de ingeniería de yacimientos se utiliza la diferencia de presión por lo cual es igual utilizar la absoluta o manométrica; en tal caso la presión se denota simplemente con las unidades psi. La ecuación de presión hidrostática asume que hay continuidad en la presión de agua hasta la superficie y que la salinidad no varía con la profundidad. La anterior suposición es válida en la mayoría de los casos aún si la arena conteniendo agua esté usualmente entremezclada con arcillas impermeables, ya que cualquier rompimiento en la continuidad lateral de tal sello permitirá que se establezca la continuidad hidrostática hasta la superficie. La última suposición, sin embargo, es más bien inocente ya que la salinidad puede variar marcadamente con la profundidad. No obstante, por el momento, un gradiente de presión hidrostática constante será sumida para Universidad de América – Yacimientos 6 propósitos ilustrativos. Como pronto se mostrará, lo que importa es la
Presión hidrostática anormal − − −
En contraste con la situación normal, cuando es encontrada una presión hidrostática anormal puede ser expresada como:
dp * h + 14.7 + C dh w
pw =
− − −
−
Donde C es una constante la cual es positiva si el gua es sobrepresionada y negativa si es subpresionada. Para que el agua en cualquier arena sea anormalmente presionada, la arena debe estar efectivamente sellada con respecto a los estratos circundantes tal que la continuidad de la presión hidrostática hasta la superficie no puede ser establecida. Bradley ha listado varios condiciones las cuales pueden causar presiones anormales de fluido en arenas encerradas conteniendo agua las cuales incluyen:
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Presión hidrostática anormal
Bradley ha listado varios condiciones las cuales pueden causar presiones anormales de fluido en arenas encerradas conteniendo agua las cuales incluyen: − Cambio de temperatura: un incremento de temperatura de un grado Fahrenheit puede causar un incremento en presión de 125 psi en un sistema sellado de agua fresca. − Cambios geológicos tales como la elevación del yacimiento, o su equivalente, la erosión de la superficie, pueden resultar en una presión de agua demasiado alta en la arena del yacimiento, con respecto a su profundidad de enterramiento. El efecto opuesto ocurre en un yacimiento subducido en el cual una presión anormalmente baja puede ocurrir. − Ósmosis entre aguas de diferente salinidad: la arcilla sellante actúa como la membrana semipermeable en este intercambio iónico; si el agua dentro del sello es más salina que el agua circundante la ósmosis causará un presión anormalmente alta y viceversa.
Algunas de estas causas de presiones anormales son interactivas: por ejemplo, si un bloque de yacimiento es elevado, la sobre presión resultante es Universidad América – Yacimientosen la temperatura. 8 parcialmente aliviadadepor una disminución
Gradientes de presión −
− − − − − − −
Los regímenes de presión en hidrocarburos son diferentes al agua debido a las diferencias de densidad de aceite y gas, las cuales son menores, con respecto al agua y consecuentemente los gradientes de presión, en psi/pie, son más pequeños:
dp = 0.45 dh w dp = 0.35 dh o dp = 0.08 dh g
− − −
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Presión estática −
La presión estática en el área correspondiente a cada fluido cumple con la ley de la hidrostática:
p
gh =ρ
Donde (p) es la presión, (ρ) es la densidad del fluido, (g) es la aceleración de la gravedad y (h) es la profundidad.
−
Normalmente esta ecuación se transforma en p =0.4335 ρ h +C
La presión en psi, la densidad en gr/cm 3 y la profundidad en pies. La constante “C” compensa dos cosas: − El hecho que el yacimiento estuviera subpresionado o sobrepresionado. − El ligero aumento en presión de los puntos donde hay hidrocarburos Universidad de América – Yacimientos 10 con respecto a cuando había agua.
Valoración de la presión −
Se deriva con la información de puntos de presión estática ecuaciones para la zona de fluidos que hubiere de acuerdo al yacimiento.
−
La C de la zona de agua determinará la naturaleza del yacimiento en cuanto a presión, así: − C < 0, (C negativo): yacimiento subpresionado − C > 0, (C positivo): yacimiento sobrepresionado − C ≈ 0, (C igual o aproximado a cero): yacimiento normal.
−
La C de la zona de aceite ó la C de la zona de gas no sirve para lo anterior y siempre son positivas.
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Ejemplo – Se cuenta con los siguientes datos de presión tomados de un pozo en hueco abierto: – Zona Profundidad Presión – – pies psi Crudo – 7,943.0 3,788.5
Agua
7,990.0 8,038.8 8,129.1
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3,805.7 3,828.0 3,873.0
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Ejemplo – El siguiente gráfico representa los datos: –
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Ejemplo – Cálculo de los gradientes de presión (pendiente) entre puntos consecutivos (psi/pie): p −p – Zona Profundidad Presión m m= 2 1 h2 − h1 pies psi psi/pie – Crudo 7,943.0 3,788.5 3805.7 − 3788.5 = 0.36596 m1 = – 7,990.0 3,805.7 0.36596 7990 − 7943 Agua 8,038.8 3,828.0 0.45697 – m2 = 0.45697 8,129.1 3,873.0 0.49834 m3 = 0.49834 – – – m 3 – Cálculo ρ = de las densidades (gr/cm ): 0.4335 0.36596 ρ1 = 0.4335 ρ2 = 1.0541 ρ3 = 1.1496
Zona
=
0.8442
Crudo Agua
Profundidad pies 7,943.0 7,990.0 8,038.8 8,129.1
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Presión psi 3,788.5 3,805.7 3,828.0 3,873.0
m psi/pie
Densidad gr/cm3
0.36596 0.45697 0.49834
0.8442 1.0541 1.1496
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Ejemplo – Cálculo de C en la zona de agua (y – intersecto): – pw = 0.4335 * ρw * h + Cw – 3873 = 0.49834 * 8129.1 + Cw – 3873 = 4051.05 + Cw Zona Cw = −178.05 Profundidad – pies pw = 0.49834h − 178.05 – Crudo 7,943.0 7,990.0 – Agua 8,038.8 – 8,129.1 – Co 0.0 – Cw 0.0 – Cálculo de Co p(zona * ρo * h + Co o = 0.4335 de aceite)
Presión psi 3,788.5 3,805.7 3,828.0 3,873.0
m psi/pie
Densidad gr/cm3
0.36596 0.45697 0.49834
0.8442 1.0541 1.1496
881.70 -178.05
3788.5 = 0.36596 * 7943 + Co 3788.5 = 2906.80 + Co Co = 881.70 po = 0.36596h + 881.70
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Ejemplo – Cw y Co por medio del gráfico:
Cw
Co
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Ejemplo – Cálculo de la profundidad del FWL (pies): – po = pw – 0.3641h + 896.46 = 0.4941h − 143.59 896.46 + 143.59 = 0.4941h − 0.3641h – 1040.05 = 0.13h – h = 8000.38 – – – – Cálculopode= 0la.3641 presión la )profundidad del FWL (psi): + 896.46 (8000a.38 po
=
pw pw
=
3809.39psig
0.4941(8000.38) − 143.59 = 3809.39psig
pFWL
=
3809.39psig
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Ejemplo – Gráficamente:
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Temperatura de Formación
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Temperatura de formación −
− −
−
Es la temperatura a la cual se encuentra el yacimiento. La temperatura es función de la profundidad y puede ser calculado a partir del gradiente geotérmico específico del área en la cual se encuentra ubicado el yacimiento. Normalmente la temperatura es registrada directamente mediante un registro de temperatura. Para efectos prácticos, un yacimiento se considera a una misma temperatura (isotérmico) debido a que los espesores de los estratos que contienen hidrocarburo varían desde unos pocos pies hasta cientos de pies, generalmente en valores bajos que hace que no haya variación apreciable de temperatura entre el tope y la base del estrato. La temperatura del yacimiento debe ser correctamente estimado pues es importante en: − Ingeniería de yacimientos (propiedades de roca y fluidos) − Operaciones de perforación y terminación de pozos (programas de cementación) − Interpretación de registros − Estudios geofísicos Universidad de América – Yacimientos 20 − Etc.
Gradiente geotérmico −
−
−
Es la variación de temperatura, es decir gradiente térmico, que se produce en el material de un planeta rocoso (de ahí el prefijo geo ) cuando se avanza desde la superficie hacia el centro por un radio de su esfera, esto es, avanzando perpendicularmente desde la superficie del planeta hacia su interior. Físicamente se expresa en unidades de temperatura de diferencia entre unidades de longitud recorrida para obtenerlas. Por ejemplo, un gradiente geotérmico de 0,03ºC/m indica que cada metro de descenso supone un aumento de 0,03ºC en la temperatura. El gradiente geotérmico nos da una idea de la variación del calor interno de la Tierra.
− − − −
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Gradiente geotérmico −
−
El gradiente geotérmico no es un valor constante puesto que depende de las características físicas que presente el material en cada punto del interior del planeta, es decir, de las condiciones geológicas locales algunas de las cuales son: la relación presión con temperatura, la composición química y las reacciones que se produzcan, la existencia de material radiactivo, la presencia de movimientos convectivos y rozamientos, etc. En la corteza terrestre el gradiente geotérmico promedio es de 3ºC/100 m (~16°F/1,000 pies), lo que supone aumento de aproximadamente 1ºC cada 30 metros de descenso (~1°F/60 pies). Los valores normales se encuentran en el rango 1 a 6 ºC/100 m pero se han medido gradientes de hasta 20 ºC/ 100 m (gradientes anormales).
−
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Temperatura de formación tf =
3°C * h + ta 100m
Profundidad Profundidad Temperatura Temperatura pies m °C °F 0.0 0.0 30.0 86.0 1,000.0 304.8 39.1 102.5 2,000.0 609.6 48.3 118.9 3,000.0 914.4 57.4 135.4 4,000.0 1,219.2 66.6 151.8 5,000.0 1,524.0 75.7 168.3 6,000.0 1,828.8 84.9 184.8 7,000.0 2,133.6 94.0 201.2 8,000.0 2,438.4 103.2 217.7 9,000.0 2,743.2 112.3 234.1 10,000.0 3,048.0 121.4 250.6 Universidad de América – Yacimientos
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Temperatura de formación Temperatura, °F
0
0 5
0 1
5
0
50
01 0
0 2
0
2,000
4,000
6,000
P f d i n o r u a p s e ,
8,000
dt * h + t a dh f
tf = 10,000
12,000
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Investigación Métodos de registro de la presión y temperatura del yacimiento. Incluir imágenes de los equipos, principios físicos en los cuales se basa, ejemplo de los registros de las propiedades e interpretación de los mismos.
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Haz todo bien y con rectitud, no importa que el mundo se desmorone. - George Herbert
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Referencias − − −
Fundamentals of Reservoir Engineering. L. P. Dake. New York, NY, USA. 9th ed.,1986. ISBN 0-444-41830-X ProyectoWikipedia. http://es.wikipedia.org/wiki/Wikipedia:Portada Ing. Pedro Casallas. 2010. Adaptación mediante traducción libre y dibujos ilustrativos.
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