República Bolivariana de Venezuela. Ministerio del Poder Popular para la Educación Universitaria. Universidad Nacional Experimental de los Llanos ccidentales !Eze"uiel #amora$. UNELLE#%Barinas.
BACHILLERES:
ING. 'os0 Ro5as.
,ntolinez -udit -udit
Monasterio /0nesis.
Encarnación 1rancis.
Moreno 'ean 2arlos.
/arc3a 4avid.
P0rez ,le5andro.
'aramillo 4ouliana.
Villadie6o Raúl.
M0ndez ,na.
-epez 'avier.
Molina ,melia. Barinas& 'unio de ()*+
INDICE. 7N8R4U2279N::::::::::::::: 7N8R4U2279N::::: ::::::::::::::::::::: :::::::::::; ; L, E2U,279N 4E B,L,N2E 4E M,8ER7,LE<:::::::: M,8ER7,LE<::::::::::::= ::::= EBM /ENER,L7#,4,::::::: /ENER,L7#,4,::::::::::::::::: ::::::::::::::::..+ ::::::..+ E2U,279N /ENER,L 4E B,L,N2E 4E M,8ER7,LE< P,R, -,27M7EN8<:::::::::::::::::::::::::::+ M>84< P,R, L, 4E8ERM7N,279N 4E L, EBM. M>84 4E ?,VLEN, - 4E?::::::::::::::::::..@ E2U,279N /ENER,L 4E L, LANE, RE28, 4E L, EBM ?avlena C deD ::::::::::::::::::::::::::::::..** 1RM,< UE 8M, L, E2U,279N 4E B,L,N2E 4E M,8ER7,LE< EN 1UN279N 4E L,< 2N4727NE< 4EL -,27M7EN8::::::: -,27M7EN8::::::::...*= :...*= M>84< 4E PRN9<872 4EL 2MPR8,M7EN8 4E L< -,27M7EN8< PR B,L,N2E 4E M,8ER7,LE<. *D M>84 M>84 4E P7R<N::: P7R<N::::::: :::::::: :::::::: :::::::: :::::*F :*F (. M>84 M>84 4E 8,RNER: 8,RNER::::: :::::::: :::::::: :::::::: ::::::.. ::...*G .*G ;. M>84 M>84 4E MU
8R72< 4E PE8R9LE <,8UR,4::::...*@ <,8UR,4::::...*@ E2U, E2U,27 279N 9N 4E B,L, B,L,N2 N2E E 4E M,8 M,8ER7, ER7,LE LE< < P,R, -,27M7 27M7EN EN8 8< < <,8UR,4< 2N 2,P, 4E /,<:::::::::::::::::..() 2N2LU<79N::::::::::::::::: 2N2LU<79N::::::: :::::::::::::::::::.. :::::::::..(( (( B7BL7/R,1A,:::::::::::::::: B7BL7/R,1A,::::: :::::::::::::::::::::. ::::::::::.(; (; ,NEJ<::::::::::::::::::: ,NEJ<::::::::: ::::::::::::::::::::(= ::::::::::(=
INTRODUCCIÓN.
4esde la existencia del universo en el planeta 8ierra C sus alrededores a existido la necesidad de encontrar nuevas Kormas de ener63a C an existido movimientos constantes "ue ri6en la continuidad de la vida de todos los seres vivos en donde el ser umano a ido inda6ando a trav0s de la istoria en cuanto a la exploración extracción C reKinación del petróleo en mucos pa3ses del mundo desde su descubrimiento con el Kin primordial de obtener el recurso ener60tico ms importante de la actualidad. La necesidad de determinar el desempeo de un Cacimiento conllevo a
LA ECUACIÓN DE BALANCE DE MATERIALES. La ecuación de balance de materiales EBMD se a reconocido como una de las erramientas bsicas del in6eniero de petróleo para la interpretación C predicción del desempeo del Cacimiento. 2uando se aplica el Kondo adecuado la EBM se puede usar paraO *. (. ;. =. +.
Estimar los volúmenes de idrocarburos en sitio. Predecir la presión del Cacimiento. 2alcular el inKlu5o de a6ua. Predecir el desempeo Kuturo del Cacimiento. Predecir Kactores de recobro ba5o distintos tipos de mecanismos de empu5e primario. ,un"ue
en
al6unos
casos
es
posible
resolver
la
EBM
simultneamente para los volúmenes iniciales de idrocarburos como por e5emplo volúmenes de petróleo C 6as C el inKlu5o de a6ua& 6eneralmente uno o los otros se deben conocer de otros datos o m0todos "ue no dependen de los clculos de balance de materiales. La exactitud de los valores calculados dependen de la conKiabilidad de los datos disponibles C si las caracter3sticas del Cacimiento se adaptan a las suposiciones "ue estn asociadas con el desarrollo de la EBM. La ecuación est estructurada para 6uardar simplemente el inventario de los materiales "ue entran salen C acumulan el Cacimiento. El concepto de la EBM Kue presentado por
como tambi0n la ener63a adicional "ue necesita el Cacimiento mediante la inCección de Kluidos.
EBM GENERALIZADA. La EBM est diseada para tratar el Cacimiento como un tan"ue simple o re6ión "ue se caracteriza por las propiedades omo60neas de la roca C descrita por la presión promedio& por e5emplo la no variación de la presión a trav0s del Cacimiento a cual"uier momento o etapa de producción. 4e all3 EBM se reKiere comúnmente como un tan"ue modelo o modelo cero% dimensional )%4D. Por supuesto estas suposiciones no son realistas& Ca "ue el Cacimiento se considera 6eneralmente etero60neo con variaciones considerables en la presión a lo lar6o del Cacimiento.
ECUACIÓN GENERAL DE BALANCE DE MATERIALES PARA YACIMIENTOS. Normalmente est escrita en bases volum0tricasO !los hidrocarburos iníciales =hidrocarburos remanentes + agua que ha instruido$ • •
El Cacimiento es considerado un tan"ue con cero dimensión Es una erramienta simple es decir "ue si se necesitan ms respuestas se recurre a un m0todo ms soKisticado. La Ki6ura muestra un tan"ue CacimientoD con capa de 6as a condiciones in3ciales. ,ll3 m es el tamao de la capa de 6as 0sta se obtiene a partir de re6istros datos de corazones datos de completamiento presiones de Kondo C mapas estructurales. 8ambi0n se a presentado una
disminución en el volumen poroso disponible a idrocarburos causados por expansión de roca C Kluido.
La ecuación de balance de materia puede escribirse comoO El volumen ori6inal de idrocarburos Q volumen remanente de idrocarburos Q el volumen de a6ua instruida desde un acu3Kero Q la reducción del volumen poroso debido a la expansión de roca C Kluido. La ecuación de balance de materia se expresa en unidades de Cacimiento. L< 8>RM7N< UE EN ELL, 7N8ERV7ENEN
Np Petróleo producido B1 N Petróleo ori6inal in%situ B1 / /as inicial en el Cacimiento m 8amao inicial de la capa de 6as o volumen inicial de la capa de 6asvolumen de la zona de petróleo ND Np Petróleo producido acumulado B1 /p /as producido acumulado pcn Sp ,6ua producido acumulado B1 Rp Relación 6as%petróleo acumulada /pNp pcn B1 Rs Relación 6as%petróleo pcnB1 To T 1actor volum0trico de Kormación del petróleo C del a6ua bblB1 T6 1actor volum0trico de Kormación del 6as bblpcn Se 7ntrusión acumulada de a6ua B1
<
ori6inal de 6as en la capaD bbl. Volumen ori6inal de aceite N Toi bbl Volumen ori6inal de 6as mN Toi bbl 4e modo "ueO Volumen de idrocarburos iniciales N Toi * Q mD Volumen de idrocarburos remanentes capa de 6as ori6inal expandida Q
petróleo remanente Q 6as neto liberado bbl ,sumiendo "ue no se produce 6as de la capa de 6as. Existen problemas
cuando el Cacimiento es del6ado C cuando existe coniKicación. 2apa de 6as ori6inal expandida mNXoiX6X6i bbl Petróleo remanente N % NpD To bbl /as neto liberado /as liberado % 6as libre producido /as liberado N Rsi % RsDT6 bbl /as libre producido Np Rp % RsD T6 bbl /as en solución producido Np Rs bbl /as neto liberado N Rsi % RsDT6 % Np Rp % RsD T6 bbl Volumen idrocarburos remanentes N % NpDTo Q mNToi T6T6iD Q N Rsi %
RsD T6 W Np Rp % RsD T6 bbl 7ntrusión neta de a6ua Se % SpD T
Por otro lado 4aYe deKine el decremento del volumen poroso disponible a idrocarburos debido a la expansión de roca C Kluido "ue ocurre por el decremento de presión a partir del concepto de compresibilidad comoO
7nvolucrando todos los t0rminos en mención la EBM "uedaO
,6rupando los t0rminos con N al lado iz"uierdo C con Np al lado dereco se tieneO
4espe5ando NO
47<2U<79N 8,L 2M
(D VeriKicar la existencia de la capa de 6as ;D 2omparar con el petróleo calculado volum0tricamente. Esto no si6niKica "ue los valores sean cercanos. Balance de materia siente la presencia de una Kalla ( CacimientosD o puede aber una extensión en el Cacimiento "ue el m0todo volum0trico no detecta. 4) No es bueno tratar de allar N con la Ecuación de balance de materia en Cacimientos con alta intrusión de a6ua por"ue Pi % P es pe"ueo.
MÉTODOS PARA LA DETERMINACIÓN DE LA EBM. M>84 4E ?,VLEN, - 4E? Este m0todo no es ms "ue la similitud entre la EBM C la ecuación de una l3nea recta con el propósito de interpretar el comportamiento de las variables establecidas o deKinidas. Por lo "ue se a6ruparon t0rminos "ue tuvieran relación entre ellos para obtener dica l3nea recta a partir de la EBM.
ZPara "u0 nos sirve la EBM[ La EBM nos sirve para determinar el valor de m C N ?acer cote5oD C para realizar predicciones NP C /pD. Z2ómo obten6o una ecuación de l3nea recta a partir de la EBM[ \
4el lado iz"uierdo de la EBM todos los t0rminos se relacionan Ca "ue todos representan la producción acumulada de los Kluidos producidos del Cacimiento. Por esta razón ?avlena C de deKinieron dico t0rmino como ]1]. Entonces 1O Np.^BoQRp%RsD.B6_QSp.B
•
4el lado derecoO consideraron ciertas implicaciones para deKinir los t0rminos "ue se encontraban de 0ste lado C poder a6ruparlos. El t0rmino relacionado con la Expansión del petróleo C 6as en solución lo llamaron Eo.
Eo: Bo-Boi +(Ri-R).B! El t0rmino relacionado en la EBM con la expansión de 6as en la capa del 6as le asi6naron E6.
El t0rmino relacionado con la expansión del a6ua connata C reducción del volumen poroso le asi6naron EKO
E2U,279N /ENER,L 4E L, LANE, RE28, 4E L, EBM ?avlena C deD.
2omo EoQmE6Q*QmDEK representa la expansión total en el Cacimiento entonces la ecuación "uedaO
Esta es la ecuación de una l3nea recta cuCa pendiente es N C con punto de corte Se. Se es variable no es constante Ca "ue es un t0rmino "ue var3a con la presión. B,<`N4N< EN L, E2U,279N 4E LANE, RE28, 4E L, EBM EL 2MPR8,M7EN8 4E 472?, E2U,279N V,RA, <7O *. EL -,27M7EN8 E< VLUM>8R72% EMPU'E PR /,< EN <LU279N Q 2MP,28,279N RE4U2279N 4EL VLUMEN PR<O ,. %
"#N$Eo+E%&' Recta "ue pasa por el ori6en C de pendiente N con diKerentes valores de presión se consi6uen valores para EoQEK para 6raKicarD. Esto permite determinar N. (. <7 EL -,27M7EN8 E< VLUM>8R72QEMPU'E PR /,< EN <LU279NQ 2,P, 4E /,< ,. %Ba5o estas condiciones estamos por deba5o de Pb. B. Para este caso EK se considera despreciable aun"ue actúa C existeD lo -
"ue sucede es "ue para esta condición como nos encontramos por deba5o de Pb son otros mecanismos lo "ue oKrecen maCor aporte a la producción. 2. %Por ser Cacimiento volum0trico Se).
,l considerar estos aspectos la Ecuación "uedaO
Ecuación de una l3nea recta "ue pasa por N C de pendiente m.ND.
;. <7 EL -,27M7EN8 E< N VLUM>8R72 EMPU'E PR ,/U,D Q/,< EN <LU279NQ2MP,28,279N 4EL VLUMEN PR<. ,.
entonces Se)D existe. Estamos por encima del Pb. Existe EK a presiones por encima de Pb. %Por encima de Pb no ten6o capa de 6as sólo se expande el 6as disuelto en el petróleo . m)D. ,l considerar esto la ecuación "uedaO
Ecuación de l3nea recta de pendiente N C punto de corte en )D B
de 6as. Estamos por deba5o de Pb. %El Cacimiento es No Volum0tric) tiene un
\
acu3Kero asociado (We) ). Por deba5o de Pb se expande el 6as disuelto C el 6as de la capa de 6as por
\
lo "ue m) ). EK es despreciable por deba5o de Pb. ,l tomar en cuenta estas consideraciones C dividiendo la ecuación por E) nos "uedaO
Ecuación de una l3nea recta con punto de corte N C pendiente mND. 2. -acimiento No Volum0trico Empu5e por a6uaD Q6as en solución \ Se existe Ca "ue tiene asociado un acu3Kero. \ Estamos por encima de Pb. Entonces existe EK C m) No aC capa de 6asD La ecuación "ue representa estas condicionesO
Ecuación de una l3nea recta de pendiente * C punto de corte ND. B
"ORMAS UE TOMA LA ECUACIÓN DE BALANCE DE MATERIALES EN "UNCIÓN DE LAS CONDICIONES DEL YACIMIENTO. Para casos espec3Kicos de Cacimientos de petróleo la Ecuación de Balance de Materiales va a ser utilizada dependiendo de las condiciones a la "ue se encuentre el Cacimiento por lo u"e es importante saber si estamos por encima o por deba5o de la Presión de Burbu5eo PbD. ,. P,R, PRE<7NE< PR 4EB,' 4E L, PRE<79N 4E BURBU'E PCacPbD. \ \
No tenemos 6as libre en el Cacimiento.m)D El mecanismo "ue ms contribuCe a esta condición de presión es la
\ \ \
E*,i, /0 P/120/o 3 R/55i, /0 6o07/, Po2oo. 2onsideramos un Cacimiento volum0trico por lo "ue Se). No aC producción de a6ua Sp)D. Por encima de la Pb RpRsD C RsRsiD. Esto lo consideramos teniendo en cuenta el 6rKico de Rs vs P C el de Rp vs P.
2onsiderando todos los Kactores mencionados C simpliKicando en la EBM estos t0rminos nos "uedaO
B. PR 4EB,' 4E L, PRE<79N 4E BURBU'E PCac
,l estar por deba5o de Pb tenemos 6as C el mecanismo "ue comienza a producir idrocarburos es la E*,i, *o2 G /, So05i,. -a "ue el 6as
\ \ \
es muco ms compresible. 2onsideramos Sp). R*R C Ri R a esta condición de presión. 2omo para este caso estamos considerando "ue solo se produce Expansión
9
del 6as en solución Ca "ue no aC capa de 6as entonces (7#8). 2ontinuamos considerando "ue es un Cacimiento volum0trico por lo "ue
\
(/#8). Por deba5o del Pb el eKecto de la compresibilidad es despreciable mas no es "ue no existe. Lo "ue sucede es "ue para esta condición de presión es la expansión del 6as la "ue oKrece maCor aporte en comparación con este mecanismo. Entonces por ello el t0rmino de Expansión del a6ua connata C reducción del volumen poroso lo consideramos i6ual a cero. uedando para este caso la EBMO
2. PR 4EB,' 4E L, PRE<79N 4E BURBU'E PCac 2on capa de /asD. 9 El mecanismo de maCor aporte en este caso es la E*,i, /0 ! \ \
i/01o 3 0 E*,i, / ! /, 0 5* / !. 2omo aC capa de 6as m es distinto de cero es decir m)D. Por deba5o del Pb el eKecto de la compresibilidad si6ue actuando pero es
\ \
despreciable con respecto al aporte de los otros mecanismos presentes. 2onsiderando "ue no aC inKlu5o de a6ua Se)D. 2onsiderando "ue no aC producción de a6ua Sp)D. ,l considerar todos estos aspectos la EBM "uedaO
N8,O Por deba5o de la Presión de Burbu5eo Ca no sólo la compresibilidad es la "ue actúa como mecanismo de producción Ca "ue aora la expansión del 6as disuelto C la expansión del 6as en la capa de 6as comienzan a brindar sus propios aportes C en maCor medida "ue la expansión del a6ua connata C reducción del volumen poroso. El t0rmino de Expansión del a6ua connata C reducción del volumen poroso para PCac.
MÉTODOS DE PRONÓSTICO DEL COMPORTAMIENTO DE LOS YACIMIENTOS POR BALANCE DE MATERIALES. Existen varios m0todos de pronóstico del comportamiento de los Cacimientos por balance de materiales. Los tres m0todos Kundamentales C ms utilizados sonO *D M>84 4E P7R<N. Este m0todo Kundamenta el pronóstico del comportamiento del Cacimiento empleando la ecuación de balance de materiales en Korma de diKerencias Kinitas. ,dems de las suposiciones 6enerales comunes a los tres m0todos presentados antes Pirson desarrolla su m0todo sobre las si6uientes suposiciones espec3KicasO
,. Los clculos se acen Kundamentados en una unidad de petróleo ori6inalmente en sitioO N * B1P. B. En estas condiciones Np representa en Korma Kraccional la extracción del petróleo ori6inal en sitio PE84 4E 8,RNER. Este m0todo a sido aplicado en varios Kormatos.
;. M>84 4E MU
2. El anlisis completo PV8 utilizado reKle5a aproximadamente las condiciones de liberación instantnea diKerencial o mixta "ue ocurren con los Kluidos del Cacimiento en el transcurso de sus desplazamientos desde la roca recipiente asta los tan"ues en la superKicie donde se miden los caudales producidos. 4. El Cacimiento muestra presión uniKorme en todo momento tanto en la zona 6as3Kera como en la petrol3Kera. E. En todo momento aC e"uilibrio total e instantneo entre las Kases de 6as C petróleo en el Cacimiento. 1. No existe inKlu5o de a6ua C en consecuencia su producción es insi6niKicante.
YACIMIENTOS 6OLUMÉTRICOS DE PETRÓLEO SATURADO Un Cacimiento de petróleo "ue ori6inalmente existe a su presión en el punto de burbu5a se reKiere a un !Cacimiento de petróleo saturado$. El principal mecanismo en este tipo de Cacimiento resulta de la liberación C expansión del 6as en solución cuando la presión cae por deba5o de la presión en el punto de burbu5a. La única incó6nita en Cacimientos volum0tricos de petróleo saturado es el petróleo inicial en situ N. Normalmente el termino de expansión del a6ua C la roca. E fw se desprecia en comparación a la expansión del 6as en solución& sin embar6o se recomienda incluir el t0rmino en los clculos. La ecuación 1N E o Q m E 6 Q Efw DQ Se se puede simpliKicar para dar Korma id0ntica "ue la ecuación 1N Eo Q Efw D.
ECUACIÓN DE BALANCE DE MATERIALES PARA YACIMIENTOS SATURADOS CON CAPA DE GAS. El caso ms común C comple5o "ue es el de Cacimiento saturado "ue posee un cas"uete de 6as C un acu3Kero "ue puede contribuir al mecanismo
de producción. Pero antes de se6uir con el desarrollo de este tema es necesario conocerO
7O Es la relación entre el volumen inicial de 6as en la capa de 6as con respecto al volumen inicial de petróleo ms el 6as disuelto es decir es el tamao inicial del cas"uete de 6as de un Cacimiento con respecto al tamao inicial de la zona petrol3Kera expresados a condiciones de Cacimiento. Por tanto m es un valor adimensional C constante. 2onstante debido al eco de "ue se traba5a con valores iniciales por ende m se mantendr sin variaciones a pesar de "ue aCa cambios en los tamaos de las zonas de petróleo C de 6as.
Bo: 1actor volum0trico de Kormación de petróleo ^B-BN_ N: Volumen inicial de petróleo en sitio a condiciones estndar PE
*. El 6as petróleo C el a6ua siempre se encuentran en e"uilibrio instantneo dentro del Cacimiento. (. La presión es uniKorme en todo el Cacimiento. ;.
B. 2.
En la zona de 6as. En el a6ua contenida en el volumen de control.
zonas para lue6o se6uir con la suma al6ebraica de cada uno de estos cambios lo cual nos conduce a la ecuación 6eneral de balance de materiales. 2,MB7 4E VLUMEN EN L, #N, 4E PE8R9LE Expresados a condiciones de Cacimientos
NBoi: Volumen de petróleo C 6as en solución inicial (N-NP)Bo: Volumen remanente de petróleo a un tiempo tD C a una presión pD. Por consi6uiente la disminución en el volumen de la zona de petróleo "ueda expresadaO NBoi%N%NpD Bo
CONCLUSIÓN. La Ecuación de Balance de Materiales a sido una erramienta realmente eKectiva para el in6eniero de Cacimientos debido a "ue durante mucos aos le a permitido determinar el volumen de petróleo C 6as ori6inalmente en sitio calcular el inKlu5o de a6ua C pronosticar la presión del Cacimiento para diKerentes volúmenes de producción acumulada tanto en Cacimientos volum0tricos de petróleo subsaturados como en Cacimientos volum0tricos de petróleo saturados aun"ue en los Cacimientos volum0tricos de petróleo saturados inicialmente es una incó6nita la determinación del
petróleo inicial en sitio. 8eniendo "ue las dos primeras aplicaciones son de 6ran importancia t0cnica C económica Ca "ue nos permite conocer el volumen inicial de idrocarburos en sitio en base a los cuales se traba5ara para determinar "u0 cantidad de los mismos puede extraerse ba5o condiciones económicas C operativas existentes para lue6o pro6ramar el desarrollo C las explotaciones de las reservas descubiertas. Una de las aplicaciones ms importantes de la ecuación de balance de materiales en los Cacimientos volum0tricos de petróleo saturados es la de pronosticar el eKecto de la rata de producción ratas de inCección 6as o a6uaD o ambos eKectos simultneamente sobre la presión del Cacimiento& por lo tanto es de muco inter0s el conocer de antemano el volumen de idrocarburos iniciales C la relación m a partir de buenos datos como los obtenidos por medio de núcleos C re6istros el0ctricos.
BIBLIOGRA";A.
ttpObalance%de%materiales.lacomunidadpetrolera.com())G*(ecuacin%
6eneral%de%balance%de%materia.tml. 2lase de 7n6enier3a de -acimientos 77 7n6. `n6el 4a
2entral de Venezuela. Escuela de 7n6enieros de Petróleo. Balance de Materiales en -acimientos de Petróleo con /as 4isuelto. 'os0 R.
Villa. Universidad 2entral de Venezuela. Escuela de 7n6enier3a de Petróleo. 1undamentos de 7n6enier3a de -acimientos%1reddC ?. Escobar P. 4. ttpOblo6%petrolero.blo6spot.com())I*)aplicaciones%de%la%ebm% importantes%para.tml
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ANE
Mucos Cacimientos de idrocarburos se allan conectados idrulicamente a rocas llenas con a6ua denominadas acu3Keros.
,nlisis Kraccional de una muestra de 6as obtenida de la cabeza del pozo C del Kluido saturado a condiciones de Cacimiento.
EBM basada en el modelo tipo tan"ue.
Las expresiones del balance volum0trico pueden ser deducidas para contabilizar los cambios de volumen "ue ocurren durante la vida de producción natural del Cacimiento.
