I ntroducción a la Ingeniería de Petróleos
Contenido • Origen y formación del Petróleo Muestra los pasos para la formación de un yacimiento de hidrocarburos • Conceptos básicos Aquí se describen los conceptos conceptos más relevantes relevantes para comenzar el estudio de la ingeniería de petróleos.
Primer campo petrolero en Titusville, Pennsylvania. Pennsylvania. Corría el año de 1859.
Origen y Formación Formaci ón del P etróleo etróleo
Origen del petróleo Contrario a las creencias populares, el petróleo NO PROVIENE de los dinosaurio dinos aurios. s. Nuevas Nuevas teorías teorías apun apuntan tan a que que el petróle petróleo o se formó formó a partir de organismos unicelulares que al morir se depositaron en el fondo de los mares, ríos o lagos. Pero, ¿Cómo unas criaturas tan diminutas pudieron formar los grandes yacimientos de petróleo que se conocen hoy en día? En realidad fueron necesarias millones y millones de estas criaturas muertas para formar gruesas capas de sedimentos orgánicos,, orgánicos que posteriormente se madurarán en petróleo. Hoy en día se cree que el petróleo proviene de organismos unicelulares
Maduración Durante miles de años, capas de lodo y sedimentos orgánicos (organismos muertos) se fueron apilando poco a poco en el fondo del océano, a tal punto que pueden tener hasta varios kilómetros de profundidad. Las capas más recientes fueron enterrando cada vez más a las capas mas antiguas, sometiéndolas a mayor presión y temperatura. temperatura .
Después de miles y miles de años y con la ayuda de algunas reacciones químicas, la capa de sedimentos orgánicos que ha sido enterrada, se convierte en roca. A esta roca se le llama roca fuente y es de donde proviene el crudo.
Organismos unicelulares muertos
Roca fuente
Formación de las capas de sedimentos
Roca fuente La roca fuente más común es la black shale (loza negra), y se forma a partir de los depósitos orgánicos enterrados. Para formar la roca se requiere de mucho tiempo, presión y temperatura. Entre más profundo esté la capa, mayor es la la temperatura. Para g enerar crudo, crudo, la temperatura de la capa debe estar entre los 65ºC y 150ºC. Si la temperatura supera este rango, el crudo se convierte en g a s natural.. natural Este rango de temperaturas se da entre los 2.100 y 5.500 metros de profundidad, aproximadamente. A esta zona donde se genera el crudo se le conoce como ventana de crudo La roca fuente produce, más no almacena el crudo. Si no se halla algo donde se pueda pueda almacenar el hidrocarburo, este este se dispersará dispersará por la tierra y se perderá perderá irrem irremediabl ediablemen emente. te.
Roca almacena almacenadora dora El crudo formado en la roca fuente no sirve de nada a menos que se acumule en un sitio. sitio . La roca roca almacenado almacenadora ra es una piedra piedra que contie contiene ne poros,, donde el crudo llega y es almacenado; funciona de manera similar a poros una esponja, que absorbe agua en su interior debido a que contiene poros.
La roca roca alm almace acenad nadora ora más com común ún es es la piedra arenisca (sandstone sandstone)) que contiene millones de diminutos poros donde en crudo es atrapado. Otro tipo tipo de roca almacen almacenadora adora es la piedra caliza (limestone limestone). ). Si la roca roca almac almacena enador dora a ti tiene ene much muchos os espac espacio ios s (poros) en su interior, podrá acumular más crudo. A esto se le conoce como porosidad de la roca.
Roca almacenadora
Roca sello A diferencia de las rocas almacenadoras, las rocas sellantes tienen unos poros tan pequeños, que el crudo no puede pasar a través de ellas. Por lo tanto funcionan como barreras al paso del fluido (son (son impermeables). impermeables ). Un ejemplo típico de roca sello es la arcilla arcilla.. Las rocas sellantes con la ayuda de un proceso geológico, pueden llegar a formar una trampa, donde el crudo es retenido y forma un yacimiento yacimiento..
Roca sello
Trampas La roca roca almacen almacenado adora ra acu acumu mula la crudo, crudo, pero no en suficientes cantidades como para traerlo a la superficie. Para que se forme un yacimiento, es necesario que exista una barrera para detener el crudo y acumularlo en grandes cantidades. A esto se le llama trampa trampa.. Las trampas se pueden formar por deformaciones estructurales (movimiento de las capas al interior de la tierra) o por cambios en la estructura de la roca.
Es importante anotar que el crudo no se encuentra en enormes cavernas al interior de la tierra, sino dentro de rocas sólidas (roca almacenadora) que contienen poros en su interior.
Tipos de Trampas Las trampas formadas por deformación estructural (trampas (trampas estructurales), estructurales ), se deben al movimiento de la tierra. Las más importantes son: Anticlinal Cuando las capas planas son empujadas hacia arriba y el crudo queda atrapado entre rocas sellantes (rocas no porosas).
Falla Se forma por el rompimiento de las capas debido a una falla geológica, geológica , la misma donde se originan los terremotos. Domo Salino La sal de antiguos mares al ser calentada fluye hacia arriba, rompiendo las capas que encuentra a su paso.
Tipos de Trampas Las trampas formadas por cambios en la estructura de la roca, son:
Trampas Estratigráficas ( Stratigraphic traps ) Se debe a los cambios en la estructura de la roca. Una roca que en un lado es arenisca se puede volver arcilla en otro lado, estando dentro de la misma capa en el subsuelo.
La trampa pinch-out (pinchada) es un tipo de trampa estratigráfica.
Resumen Para que se forme un yacimiento y acimiento de crudo y/o gas, se deben dar tres cosas: • Debe Debe hab haber er una roca fuente, fuente , que genere el crudo. • Una roca de reserva debe atrapar ese crudo generado. • La roca de reserva debe quedar quedar atrapada en una trampa trampa..
Si alguno de los anteriores procesos llega a faltar, no se puede formar un yacimiento de hidrocarb uros uros.. Ahora, la posibilidad de que estas tres condiciones se cumplan es muy baja. Por lo tanto, tanto, encontrar encontrar un yacimie yacimiento nto de petróleo petróleo requiere requiere - ademá además s de rigurosos estudios estudios geológicos - un toque de buena suerte.
P ract ractica ica 1
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Un tipo de trampa estratigráfica es: Anticlinal Falla Domo Salino Pinchada (Pinch-out (Pinch-out)) La roca fuente más común es: Piedra arenisca Black Shale Piedra caliza Arcilla Hoy en día, se dice que el petróleo proviene de los restos de los dinosaurios. Falso Verdadero Para que se pueda formar un yacimiento se deben dar tres cosas: una roca fuente, fuent e, una roca almacenad almacenadora ora y una trampa. Falso Verdadero Haga cli click ck aquí aquí par para a
salir de la práctica
Conceptos básico s
P art artes es de un Pozo Cuandoseseinserta Ahora perforala un tubería pozo,deseproducción inserta una o ttubería u b i n g , depor poacero r donde donde hasta el elcrud crudo fondo. o fluir fluirá Esta á has hasta tubería, ta la denominada casing es de 9superficie. 9-5/ 5/8 8” pa para ra la mayoría Esta Est a tuberí tubería de a varía va pozos ría entr entre ene Caño 3-1/2” 3-1/ 2”Limón y 5-1/2 5-1/2” (algunos ” se según gún pozos la tasausan de producción casing de del 7”) pozo.
Arbol de Navidad
Casing Tubing
Cemento
Bomba ESP
Roca almacenadora
El casing ladebe Cuando presión ir adherido del yacimiento a las paredes no del es hueco. Para suficiente para esto llevar se el hace fluido una a lacementación cementación, superficie, se, procesousar debe que consiste un método en inyectar de cemento levantamiento entre el hueco yEn artificial. la parte el Bloque externa 15 del se casing casing. usa el. Bombeo ESP ES P. Luego se bajan unos explosivos hasta la profun pro fundid didad ad en dela la de roca roc a del almacena almac enadora y un se se Finalmente, cabeza pozo sedora instala detonan, de para que el que crudo ingrese casing. casing conjunto válvulas regulan el al flujo y la. Este proceso se denomina cañoneo. . A esto se presión del crudo que salecañoneo del pozo. le llama cabezal o árbol de navidad. navidad .
Términos de producción Presión estática de Fondo (P * ) Es la presión que ejercen las rocas en el yacimiento. Esta presión puede variar entre los 1.500 y 3.200 psi. Presión de fondo fluyendo fluyendo (Pw f) Es la presión que hace el fluido sobre las paredes del casing. Se mide en frente de las perforaciones (donde se cañoneó). D r a w D ow o w n (DD)
Es la resta entre la presión estática de fondo y la presión de fondo fluyendo. *
DD P Pwf
Indice de Productividad Productividad (IP ) Es una relación entre el caudal y el DD que indica l a capacidad de un pozo para producir. Las unidades son B P D / p s i. i. Caudal IP DD
P*
Pwf
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Cuando se perfora un pozo, se inserta una tubería que va adherida al pozo. Esta se conoce como: Tubing Casing Cementación Manifold o múltiple Para regular el flujo que sale del pozo se usa: Bomba electrosumergible Indice de Productividad Draw Down Arbol de Navidad o Cabezal Cuando la presión del yacimiento no es suficiente para llevar el fluido a la superficie, se debe usar un método de levantamiento artificial. artificial. Falso Verdadero
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Porosidad Porosidad ( ( ) La porosidad indica el porcentaje de la roca de reserva que es hueco, hueco , debido a los poros. En otras palabras, indica la cantidad de petróleo que puede almacenar la roca, respecto a su tamaño. Poros
Una porosidad del 20% indica que el 20% del Roca volumen de la roca contiene fluidos y el 80% restante es roca sólida.
POROSIDAD
CARACTERISTICAS CARACTERISTICA S DE LA ROCA
0–5%
Despreciable
5 – 10 %
Pobre
10 – 15 %
Regular
15 – 20 %
Buena
M ás de 20%
Excelente
Si un yacimiento de petróleo tiene muy baja porosidad, el volumen de petróleo no es factible desde el punto de vista económico.
Permeabilidad Permeabilidad (K) La permeabilidad es la facilidad que tiene el crudo para fluir a través de la roca almacenadora. La permeabilidad se mide en milidarcies (md).
Entre más milida milidarcies rcies tenga la roca roca almacen almacenadora adora,, más fácil fluye el crudo.
PERMEABILIDAD
CARACTERISTICAS DE LA ROCA
1 – 10 md
Aceptable
10 – 100 md
Buena
Más de 100 md
Excelente
Interfases La roca almacenadora no retiene crudo únicamente. únicamente . Generalmente se encuentran tres productos dentro de ella: gas, crudo y agua. Debido a la diferencia de densidades, en la parte superior se acumula el gas, en la del centro el crudo y en la parte más baja se deposita el agua.
Rocas sellantes (impermeables) Gas Gas Ga s - Cr Crud udo oalmacena Roca almacenadora dora (poros (porosa) a)
Crudo Crud Cr udo o - Ag Agua ua Agua
Yacimiento
Con esto, se forman dos interfases o zonas de contacto: • G as - Crud rudo o • Crud rudo o - Agua
Mecanismos de Empuje El mecanismo de empuje es un tipo de energía natural que presuriza el hidrocarburo en el yacimiento, lo que facilita su extracción. Hay varios varios tipos tipos de empuj empuje, e, pero pero aquí verem veremos os solam solamente ente el empuje empuje hidráulico y el de gas. Empuje hidráulico El agua por debajo del crudo ejerce un empuje vertical, desplazándolo y ocupando su lugar. Este mecanismo de empuje ocurre en los campos del BLOQUE 15
Empuje de Gas A medida que el crudo es extraído del yacimiento, el gas se comienza a expandir y empuja el crudo hacia abajo. En el BLOQUE 15 no hay este tipo de empuje, debido a que el gas gas está es tá dis disuel uelto to dent dentro ro del crudo y en cantidades despreciables .
Levantamiento artificial El fluido de un pozo puede llegar hasta la superficie, si la presión del yacimiento es lo suficientemente grande como para hacerlo. Con el tiempo, los yacimientos van perdiendo presión y es necesario un mecanismo de levantamiento artificial para llevar el crudo hasta la superficie. A pesar que hay varios tipos de d e levantamiento artificial en Bloque 15 se usa únicamente el bombeo electrosumergible (ESP). (ESP) . El ESP consiste en una bomba y un motor eléctrico que se introducen en el pozo y bombean el fluido a través de la tubería de producción (tubing ) que tiene acoplada. Tuberia Tuber ia de produc producción ción
Bomba ESP
Pozo
Column a Estratigráfica Geológicamente, el yacimiento del Bloque-15 tiene varias capas de rocas porosas (almacenadoras) y de rocas retenedoras o impermeables. A estas capas se les conoce como formaciones .
8000 pies
Arena “M-1” Arena “U” Arena “T” Hollin
P ract ractica ica 3
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La propiedad que mide el porcentaje de la roca que es hueco, es: Porosidad Permeabilidad Presión estática de Fondo La interfase o zona de contacto
Si se aplica la inyección de agua como recobro secundario en un yacimiento, es posible extraer el 100% de las reservas. Falso Verdadero
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