3-7-2015
Simulación de Yacimientos Asignación de Propiedades en Celdas
Giovanny Vásconez
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1. ASIGNACION DE PROPIEDADES EN CELDAS
2. ABSTRAC La simulación de yacimientos constituye la única manera viable de expresar cuantitativamente el flujo de múltiples fases a través del yacimiento. Partiendo de modelos matemáticos, que representan de forma numérica el fenómeno físico correspondiente al movimiento de fluidos dentro del medio poroso del reservorio. Por medio de su aplicación es posible modelar el flujo de fluidos a través del espacio poroso del reservorio y hasta los pozos mediante métodos numéricos, que permitan obtener un comportamiento más realista del yacimiento, en comparación al que se pudiera obtener mediante métodos analíticos, como balance de materiales, curvas de declinación y demás. No obstante, la simulación de yacimientos involucra una gran cantidad de variables y complejidades, tanto de ingeniería como de matemática, que afectan la precisión de sus resultados. Modelar el yacimiento puede ser una herramienta muy poderosa si es usada de manera correcta. No obstante, su adecuado uso pasa por que se posean conocimientos no sólo de los procesos que afectan la explotación de hidrocarburos, sino también de los factores matemáticos que están inmersos en la formulación y resolución de las ecuaciones que conforman el simulador. En Simulación de Yacimientos de Petróleo es usual encontrar problemas complejos que involucran una gran cantidad de variables y propiedades: flujo de varias fases (flujo multifásico), dirección de flujo en varias direcciones, características del medio poroso (yacimiento) heterogéneas, etc. Para realizar correctamente una simulación de yacimiento se debe evaluar la cantidad de información y conceptos necesarios para completar el modelo mínimo para la simulación. Esta evaluación dependerá de una correcta formulación de objetivos. Se debe estar atentos a “cuellos de botella”, antes y durante el proceso, para predecir o evitar problemas insalvables que pueden estropear o dificultar la simulación. Este trabajo está enfocado en la asignación propiedades petrofísicas en las celdas para poder realizar una buena simulación.
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3. RECURSOS Tipos de Simuladores en función del número de Dimensiones
Simulador de cero dimensiones
A este modelo se le conoce también como modelo tanque o de balance de materia. Se dice que es cero dimensiones debido a que las propiedades petrofísicas, las propiedades de los fluidos y los valores de presión no varían de punto a punto; a lo largo de todo el yacimiento. Se le llama también balance de materia debido a que al realizar los cálculos lo que se hace es precisamente esto, un balance entre los fluidos que entran y los fluidos que salen del yacimiento
Simulador de una dimensión
Este modelo ya no es de cero dimensiones como el anterior, debido a que las propiedades aunque son promedio para cada bloque, varían de aun celda con respecto a la otra, en cambio es un modelo de una dimensión, debido a que consiste de más de una celda en una dirección y de solo una celda en las otras dos direcciones. El modelo en una dimensión puede ser horizontal, vertical, inclinado o radical. En una simulación de yacimientos dicho modelo se puede aplicar si se tiene un yacimiento en el que el flujo en una dirección es predominante.
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Simulador de dos dimensiones
El modelo de dos dimensiones consiste en una celda en dos dimensiones y de solo una celda en la tercera dimensión.
Simulador Areal
El modelo areal es el que se utiliza con mayor frecuencia. En él se tienen variaciones de las propiedades en dos direcciones (x, y), pudiéndose considerar además los efectos gravitacionales al asignar diferentes profundidades a las celdas del modelo, el cual puede ser representado por una. Este tipo de simulador se aplica en yacimientos donde generalmente los espesores son pequeños con respecto a su área y no existe efecto muy marcado de estratificación o se ha generado un conjunto adecuado de seudo permeabilidades relativas. Algunas de las aplicaciones que se le dan son las siguientes: Simular los efectos de barrido al inyectar gas o agua. Determinar la localización de pozos en yacimientos donde se tengan variaciones de las propiedades de la roca y de esta manera, lograr la recuperación máxima. Determinar la entrada de agua en problemas de yacimientos que no tengan solución analítica.
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4. RESOLUCION Construcción de la malla Una vez que se tienen establecidos los objetivos y el alcance del estudio, el primer paso para realizar la simulación del yacimiento consiste en obtener la mejor descripción posible del yacimiento a partir de los datos disponibles. En tal sentido, la selección del mallado es una decisión fundamental y que determinará la complejidad de la simulación. Esta selección incluye el tamaño de las celdas y la orientación del mismo. Los mallados para representar la estructura y propiedades del yacimiento en el programa de simulación, pueden ser construidos en 1, 2 ó 3 dimensiones, bien sea mediante coordenadas cartesianas o cilíndricas. La decisión sobre el número de dimensiones en el espacio a utilizar es muy importante para el transcurso de la simulación. En muchas ocasiones es posible representar el comportamiento del yacimiento con un modelo sencillo, es decir, no necesariamente, la utilización de la tercera dimensión va a brindar una mejor descripción del yacimiento. Luego de la selección de la dimensión espacial para construir el mallado, el siguiente paso es establecer el tamaño de las celdas que lo componen, así como su orientación. Para establecer el tamaño de las celdas, es necesario identificar las zonas del yacimiento en las cuales las presiones y saturaciones son conocidas y las zonas en las cuales debe existir una definición más precisa de tales variables dentro del modelo de simulación. Preparación de los datos Al estar construido el mallado, el siguiente paso dentro del estudio de simulación, consiste en asignar las propiedades de roca y fluidos a cada celda del yacimiento. La asignación de las propiedades debe garantizar que las condiciones iniciales de saturación estén representadas de manera adecuada por el modelo, además de
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que, el subsecuente movimiento de los fluidos, a través del medio poroso, pueda ser razonablemente simulado. Se debe entonces, recolectar y analizar la información necesaria para llevar a cabo el estudio. La información requerida dependerá de la naturaleza y complejidad del estudio. Esta incluye propiedades de la roca y los fluidos del yacimiento, así como también, información de la historia de producción de los pozos la cual será posteriormente usada durante el cotejo histórico. Por lo general, alguna de esta información se encuentra disponible en reportes, así que estos deben ser revisados y considerados de acuerdo a los objetivos del estudio. En ocasiones puede ser necesario llevar a cabo nuevas pruebas y estudios para obtener información del yacimiento. Particularmente, la información sobre las propiedades de la roca y los fluidos puede ser limitada, por lo que, datos adicionales pueden ser obtenidos de pruebas de laboratorio. Diversas fuentes de información pueden ser útiles, algunas de las cuales son presentadas en la Tabla. Todas ellas junto con adecuados juicios de geólogos e ingenieros permiten generar la información necesaria para la construcción del modelo de simulación. La finalidad es obtener un conjunto de mapas de permeabilidades, porosidades, espesores y topes de arenas, entre otros, además de tablas de propiedades de los fluidos y de la roca, que puedan ser incorporadas en la simulación y permitan representar de manera adecuada el comportamiento del yacimiento. Entre la información que se obtiene de las pruebas PVT, están: viscosidad, densidad y factor de volumen de formación, tanto para el petróleo, como para el agua y gas, además de solubilidad del gas, tanto en el petróleo como en el agua. Todas estas cantidades son dadas al simulador, por lo general, en tablas como función de la presión. Es importante incorporar dentro del simulador valores de PVT representativos a los fluidos presentes en el yacimiento. Marcadas diferencias en las características de los fluidos entre una región y otra dentro del Giovanny Vásconez
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yacimiento, deben ser incorporadas al simulador a través de distintos conjuntos de tablas PVT. En lo que respecta a las propiedades de la roca, debido a que por lo general, la porosidad presenta cambios graduales a través del yacimiento, su asignación al mallado no es tarea complicada. Así pues, mapas de distribución de porosidad pueden ser digitalizados y superpuestos al mallado del yacimiento, por supuesto, incorporando adecuada interpretación geológica para disminuir la incertidumbre en la asignación de la porosidad a cada una de las celdas. La permeabilidad, por su parte, representa uno de los datos críticos en la descripción del yacimiento. Otro de los parámetros críticos para la descripción del yacimiento en el modelo de simulación lo representan las curvas de permeabilidad relativa y presión capilar. Si bien éstas son generadas de pruebas de laboratorios, en la mayoría de los casos, los núcleos examinados no poseen las mismas características de mojabilidad presentes en el yacimiento. Datos de permeabilidad relativa y presión capilar son dados al simulador por medio de funciones o tablas. Tal como ocurre con las propiedades de los fluidos, diferencias significativas entre las rocas del yacimiento deben ser representadas en el simulador por medio de distintas regiones de roca las cuales contienen sus respectivos conjuntos de datos característicos. Mapas de distribución de roca pueden ser usados para asignar valores de permeabilidad relativa y presión capilar a las distintas regiones de roca.
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Hasta este punto, la información suministrada al simulador permitirá obtener una descripción estática del yacimiento, es decir, al realizarse la inicialización, se pueden conocer características del yacimiento, tales como: la distribución de los fluidos y gradientes de presión a través del yacimiento, antes de comenzar el proceso de producción. No obstante, como uno de los objetivos de la simulación es reproducir el comportamiento del yacimiento bajo los procesos de producción a los cuales está sometido, información de los pozos debe ser incorporada en el modelo. Esta información obtenida de reportes de campo, incluye: las historias de producción e inyección, índices de productividad y condiciones de operación de los pozos, entre otros datos, que permitirán ajustar y validar el modelo de simulación en el cotejo histórico. Giovanny Vásconez
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5. NOMENCLATURA Pruebas PVT: Pruebas de Presion, Volumen y Temperatura k: permeabilidad Permeabilidad relativa 1, 2,3 D: Número de Dimensiones
6. CONCLUSIONES
Uno de los parámetros críticos para la descripción del yacimiento en el modelo de simulación lo representan las curvas de permeabilidad relativa y
presión capilar. Los modelos que se originan con el planteamiento de las ecuaciones lineales tienen gran importancia por que rigen el movimiento de fluidos durante la simulación de yacimientos, que se realizan a fin de estimar
propiedades del pozo o del reservorio en su conjunto. Entre la información que se obtiene de las pruebas PVT, están: viscosidad, densidad y factor de volumen de formación, tanto para el petróleo, como para el agua y gas, además de solubilidad del gas, tanto en el petróleo
como en el agua Para establecer el tamaño de las celdas, es necesario identificar las zonas del yacimiento en las cuales las presiones y saturaciones son conocidas y las zonas en las cuales debe existir una definición más precisa de tales variables dentro del modelo de simulación
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7. BIBLIOGRAFIA
Useche Franklin. (2004). SIMULADOR DE YACIMIENTOS WinB4D UNA PROPUESTA PARA MEJORAR SU APLICABILIDAD. Universidad Central de Venezuela. Para optar al Título de Ingeniero de Petróleo. Caracas. Venezuela.
FREDDY HUMBERTO ESCOBAR MACUALO, Ph.D. SIMULACION DE YACIMIENTOS: Principios, Conceptos y Construcción de Mallas. (2003)
Dr. Victor Hugo Arana Ortiz. Ing. David Trujillo Escalona. Ing. Juventino Sánchez Vela. (2004)APUNTES DE SIMULACIÓN NUMÉRICA DE YACIMIENTOS. UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO. FACULTAD DE INGENIERÍA
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