Profesor: Ing. Jaime Antonio Rodríguez Gaytán

Materia: Caracterización Dinámica de Yacimientos Petroleros

Carrera: Ing. Petrolero

Alumna: Ana Victoria López Liahut

Matricula: 1469050

Grado: 7mo semestre

Viernes, 15 de Octubre del 2010

Ex- Hacienda de Guadalupe Linares Nuevo León México

INTRODUCCION.

Es  de  vital  importancia,  dentro  del  Proceso  de  Evaluación  de Yacimientos,  determinar  las características dinámicas del sistema pozo-yacimiento, basados en el análisis e interpretación de pruebas de pozo, de presión y producción, a fin de caracterizar los yacimientos como apoyo a la  simulación numérica, y así lograr la efectiva administración de los yacimientos.

Dentro de lo que es la Caracterización Dinámica de Yacimientos Petroleros se deben tomar en cuenta algunas consideraciones básicas como son:

-La definición de un yacimiento.-Clasificación de los yacimientos-Porosidad -Permeabilidad-Saturación de fluidos-Tensión superficial e interfacial-Mojabilidad-Presión capilar-Permeabilidad relativa-Análisis PVT

(que serán explicados brevemente más adelante).

Más adelante se verá la ecuación de difuisividad y el método de Horner.

DEFINICION DE YACIMIENTO.

Se entiende por yacimiento a la porción de una trampa geológica que contiene hidrocarburos, la cual se comporta con un sistema intercomunicado, en la que los hidrocarburos ocupan los poros o huecos de la roca de depósito y están contenidos a alta presión y temperatura, dependiendo de la profundidad a la que se encuentren en el subsuelo.

CLASIFICACION DE LOS YACIMIENTOS.

Los yacimientos productores se han agrupado considerando diversos factores, por lo que se sugirió la siguiente clasificación:

a) Por el tipo de empuje

Para que la energía de unos yacimientos se manifieste y fluya naturalmente el aceite y el gas en la superficie, requiere de una energía o fuerza llamada empuje, existen diferentes tipos como son:

- Empuje Hidráulico. Es el más efectivo ya que el agua ejerce una fuerza que hace que fluya el aceite y el gas hacia el pozo.

- Empuje Volumétrico (por expansión de gas). La expansión del gas empuja el aceite hacia el pozo. A mayores profundidades aumentara la presión del gas y el aceite.

- Empuje Mixto. Se combinan los empujes anteriormente mencionados. este empuje es menos efectivo. Operan tanto las fuerzas de empuje de gas como las del agua.

b) Por el tipo de roca almacenadora- Arenas o Areniscas. Cuya porosidad se debe a la textura de los fragmentos de

materiales. Pueden ser arenas limpias o sucias.- Calizas Detríticas. Formadas por la acumulación de fragmentos de calizas y

dolomitas.- Calizas Porosas Cristalinas. La cual su porosidad se debe principalmente al

fenómeno de disolución.- Calizas Fracturadas. La porosidad es debida a la presencia de fracturas.- Calizas Eoliticas. Cuya porosidad se debe a la textura eolitica.

c) Por el tipo de trampa estratigráfica- Estructuras como los anticlinales.- Por fallas o por penetración de domos salinos.- Estratigráficas, debido a cambios de fases o discordancias.

d) Por el tipo de fluidos almacenados- Yacimiento de Aceite y Gas Disuelto. Todos los yacimientos de aceite contiene

gas disuelto cuando la presión inicial es mayor que la presión de saturación. El gas original se encuentra disuelto en aceite.

- Yacimientos de Aceite, Gas Disuelto y Gas Libre. Algunos yacimientos tienen gas libre desde el principio de su explotación, en estos la presión inicial es menor que la presión de saturación.

- Yacimientos de Gas Seco. Su vida productiva el gas dentro del yacimiento está en una sola fase y en la superficie se recupera en una fase.

- Yacimientos de Gas Húmedo. Durante su visa productiva el gas dentro del yacimiento está en una sola fase, pero en la superficie se recupera en dos fases.

- Yacimiento de Gas y Condensado. En cierta etapa de su explotación, se presentara el fenómeno de condensación retrograda y desde luego la producción en la superficie será en dos fases.

- Yacimientos de Aceite Saturado. Su presión es menor que la presión de saturación.

- Yacimientos de Aceite Bajo Saturado. La presión original es igual o mayor que la presión de saturación.

POROSIDAD.

La porosidad es el volumen de huecos de la roca, y define la posibilidad de ésta de almacenar más o menos cantidad de fluido. Se expresa por el porcentaje de volumen de poros respecto al volumen total de la roca (porosidad total o bruta).

Tipos de Porosidad:

Absoluta: La porosidad absoluta es considera como el volumen poroso el total de poros estén o no interconectados.

Efectiva: La porosidad efectiva se refiere al porcentaje de poros interconectados que

permiten la circulación de fluidos. O se considera como el volumen poroso

solamente conectado entre sí.

No Efectiva: Esta porosidad no efectiva representa la diferencia entre las

porosidades anteriores, es decir, la porosidad absoluta y la efectiva.

Porosidad Primaria : Es aquella que se desarrolla u origina en el momento de la formación o depositación del estrato. Los poros formados en esta forma son espacios vacíos entre granos individuales de sedimento. Es propia de las rocas sedimentarias como las areniscas (Detríticas o Clásticas) y calizas oolíticas (No-Detríticas), formándose empaques del tipo cúbico u ortorrómbico

Porosidad Secundaria: Es aquella que se forma a posteriori, debido a un proceso

geológico subsecuente a la depositación del material del estrato o capa.

PERMEABILIDAD.

Es la capacidad de un material para que un fluido lo atraviese sin alterar su

estructura interna. Se afirma que un material es permeable si deja pasar a través de él

una cantidad apreciable de fluido en un tiempo dado, e impermeable si la cantidad de

fluido es despreciable.

La velocidad con la que el fluido atraviesa el material depende de tres factores

básicos:

la porosidad del material;

la densidad del fluido considerado, afectada por su temperatura;

la presión a que está sometido el fluido.

Para ser permeable, un material debe ser poroso, es decir, debe contener espacios

vacíos o poros que le permitan absorber fluido. A su vez, tales espacios deben estar

interconectados para que el fluido disponga de caminos para pasar a través del

material.

Existen tres tipos de permeabilidad:- Absoluta . Se define como la capacidad que tiene una roca de permitir el flujo de

fluidos a través de sus poros interconectados, cuando el medio poroso se encuentra completamente saturado por un fluido.

- Efectiva . Cuando más de una fase se encuentra presente en un medio poroso, la conductividad o capacidad que tiene una roca de permitir el flujo de cada una de las fases a través de dicho medio poroso.

- Relativa . La razón entre la permeabilidad efectiva y una permeabilidad base.

SATURACION DE FLUIDOS. Porción del espacio poroso ocupado por un fluido en particular, pudiendo existir aceite, gas y agua. Tipos de saturación:

- Insular . Cuando se tiene una fase no mojante.- Pendular . Se tienen fases continuas en su medio.- Fonicular . Cuando hay flujo entre ellas.

TENSION SUPERFICIAL E INTERFACIAL. A la fuerza que actúa por centímetro de longitud de una película que se extiende se le llama tensión superficial del líquido, la cual actúa como una fuerza que se opone al aumento de área del líquido. La tensión superficial es numéricamente igual a la proporción de aumento de la energía superficial con el área y se mide en erg/cm2 o en dinas/cm.

Se llama tensión interfacial a la energía libre existente en la zona de contacto de dos líquidos inmiscibles. Esta energía es consecuencia de las tensiones superficiales de los dos líquidos, y evita que se emulsiones espontáneamente.Las unidades de medida de la tensión interfacial son las mismas que las de la tensión superficial.

MOJABILIDAD.

Es la capacidad que tiene un líquido de extenderse y dejar una traza sobre un sólido. Depende de las interacciones intermoleculares entre las moléculas superficiales de ambas sustancias. Se puede determinar a partir del ángulo que el líquido forma en la superficie de contacto con el sólido, denominado ángulo de contacto; a menor ángulo de contacto, mayor mojabilidad.

PRESION CAPILAR. La diferencia entre las presiones de dos fases cualesquiera se define como presión capilar. Las presiones capilares se pueden determinar para sistemas bifásicos de diferentes clases; de interés para la industria del petróleo están los sistemas de gas-salmuera, gas-aceite y aceite-salmuera.

ANALISIS PVT. Los estudios PVT se llevan a cabo con el propósito de analizar los yacimientos, y partiendo de los resultados de estos estudios, determinar los diversos parámetros y metodologías que se desarrollarán para poner a producir el yacimiento. El muestreo de fluidos se realiza al principio de la vida productiva del yacimiento. Existen dos formas de recolectar las muestras de fluidos:

- Muestreo de fondo.- Muestreo por recombinación superficial.

Los análisis PVT son absolutamente necesarios para llevar a cabo el diseño de instalaciones de producción, análisis nodales, diversas actividades de la ingeniería de yacimientos; permiten obtener cálculos como el POES del yacimiento, predecir su vida productiva; definir los esquemas óptimos de producción, evaluar métodos de recuperación mejorada y demás propiedades que predicen el comportamiento de los pozos a medida que son explotados. La nuevas herramientas y equipos disponibles de manejo automatizado y computarizado, hacen más factibles la realización de los estudios.

ECUACION DE LA DIFUSIVIDAD

La ecuación de la difusividad es la combinación de las principales ecuaciones que describen el proceso físico del movimiento del fluido dentro del yacimiento, combina:

- La ecuación de continuidad (que es el principio de la conservación de la masa, y de aquí obtenemos el balance de materia).

- La ecuación de flujo (ecuación de Darcy).- La ecuación de estado (compresibilidad).

Esta ecuación tiene 3 variables: 1 presión que es la del yacimiento y 2 saturaciones que son generalmente la del aceite y la del gas en yacimientos volumétricos.

ECUACION DE LA CONTINUIDAD

La ecuación de continuidad o conservación de masa es una herramienta muy útil para el análisis de fluidos que fluyen a través de tubos o ductos con diámetro variable. En estos casos, la velocidad del flujo cambia debido a que el área transversal varía de una sección del ducto a otra.

MECANICA DE FLUIDOS.

Es la rama de la mecánica de medios continuos (que a su vez es una rama de la física) que estudia el movimiento de los fluidos (gases y líquidos) así como las fuerzas que los provocan. La característica fundamental que define a los fluidos es su incapacidad para resistir esfuerzos cortantes (lo que provoca que carezcan de forma definida). También estudia las interacciones entre el fluido y el contorno que lo limita. La hipótesis fundamental en la que se basa toda la mecánica de fluidos es la hipótesis del medio continuo.

PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS

Los fluidos, como todos los materiales, tienen propiedades físicas que permiten caracterizar y cuantificar su comportamiento así como distinguirlos de otros. Algunas de estas propiedades son exclusivas de los fluidos y otras son típicas de todas las sustancias. Características como la viscosidad, tensión superficial y presión de vapor solo se pueden definir en los líquidos y gasas. Sin embargo la masa específica, el peso específico y la densidad son atributos de cualquier materia.

Masa especifica, peso específico y densidad.

Se denomina masa específica a la cantidad de materia por unidad de volumen de una sustancia. Se designa por P y se define: P = lim ( m/ v)

v->0

El peso específico corresponde a la fuerza con que la tierra atrae a una unidad de volumen. Se designa por ß. La masa y el peso específico están relacionados por:

ß = gP

Donde g representa la intensidad del campo gravitacional.

Se denomina densidad a la relación que exista entre la masa específica de una sustancia cualquiera y una sustancia de referencia. Para los líquidos se utiliza la masa especifica del agua a 4°C como referencia, que corresponde a 1g/cm3 y para los gases se utiliza al aire con masa especifica a 20°C 1 1,013 bar de presión es 1,204 kg/m3.

Viscosidad.

La viscosidad es una propiedad distintiva de los fluidos. Está ligada a la resistencia que opone un fluido a deformarse continuamente cuando se le somete a un esfuerzo de corte. Esta propiedad es utilizada para distinguir el comportamiento entre fluidos y sólidos. Además los fluidos pueden ser en general clasificados de acuerdo a la relación que exista entre el esfuerzo de corte aplicado y la velocidad de deformación.

Compresibilidad.

La compresibilidad representa la relación entre los cambios de volumen y los cambios de presión a que está sometido un fluido. Las variaciones de volumen pueden relacionarse directamente con variaciones de la masa específica si la cantidad de masa permanece constante. En general se sabe que en los fluidos la masa específica depende tanto de la presión como de la temperatura de acuerdo a la ecuación de estado.

Presión de vapor.

Los fluidos en fase liquida o gaseosa dependiendo de las condiciones en que se encuentren. Las sustancias puras pueden pasar por las cuatro fases, desde sólido a plasma, según las condiciones de presión y temperatura a que estén sometidas. Se acostumbra designar líquidos a aquellos materias que bajo las condicione normales de presión y temperatura en que se encuentran en la naturaleza están en esa fase.

Cuando un liquido se le disminuye la presión a la que está sometido hasta llegar a un nivel en el que comienza a bullir, se dice que alcanzado la presión de vapor. Esta presión depende de la temperatura. Así por ejemplo, para el agua a 100°C, la presión es de aproximadamente de 1 bar, que equivale a una atmósfera normal. La presión de vapor y la temperatura de ebullición están relacionadas y definen una línea que separa y el líquido de una misma sustancia en un grafico de presión y temperatura.

ECUACIONES DE EULER

Son las que describen el movimiento de un fluido compresible no viscoso. Su expresión

corresponde a las ecuaciones de Navier-Stokes cuando las componentes disipativas

son despreciables frente a las convectivas, esto nos lleva a las siguientes condiciones

que se pueden deducir a través del análisis de magnitudes de las Navier-Stokes:

Aunque habitualmente se expresan en la forma mostrada en este artículo dado que de

este modo se enfatiza el hecho de que representan directamente la conservación de

masa, momento y energía. Estas ecuaciones se llaman así en honor de Leonhard

Euler quien las dedujo directamente de las leyes de Newton (para el caso no-

relativista).

LEYES DE NEWTON

Las tres leyes de Newton del movimiento son las llamadas leyes clásicas del movimiento. Ellas iluminaron por 200 años el conocimiento científico y no fueron objetadas hasta que Albert Einstein desarrolló la teoría de la relatividad en 1905.

- Primera Ley de Newton, de la Inercia

Establece que si la fuerza neta sobre un objeto es cero, si el objeto está en reposo, permanecerá en reposo y si está en movimiento permanecerá en movimiento en línea recta con velocidad constante. Un ejemplo de esto puede encontrarse en el movimiento de los meteoritos y asteroides, que vagan por el espacio en línea recta a velocidad constante, siempre que no se encuentren cercanos a un cuerpo celeste que los desvíe de su trayectoria rectilínea.

La tendencia de un cuerpo a resistir un cambio en su movimiento se llama inercia. La masa es una medida de la inercia de un cuerpo. El peso se refiere a la fuerza de gravedad sobre un cuerpo, que no debe confundirse con su masa.

- Segunda Ley de Newton, de la Masa

Indica que la aceleración de un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre él, e inversamente proporcional a su masa.

F = ma

- Tercera Ley de Newton, Principio de Acción y Reacción

Establece que siempre que un cuerpo ejerce una fuerza sobre un segundo cuerpo, el segundo cuerpo ejerce una fuerza sobre el primero cuya magnitud es igual, pero en dirección contraria a la primera.

LEY DE LA CONSERVACION DE LA MATERIA Y BALANCE DE MATERIA

Una de las leyes básicas de la física se conoce como la “Ley de la conservación

de la masa” y dice que la masa no puede crearse ni destruirse. Por consiguiente; la

masa o el peso de todos los materiales que entran a un proceso de operación unitaria

debe ser igual a la masa total de todos los materiales que salen del mismo.

Los problemas de balance de materias en los que se pide determinar la masa de sustancias químicas que se mezclan, se separan en varias fases o corrientes, o se

combinan o transforman en otras, se mantienen invariantes dos principios fundamentales :

El primero es el principio de conservación de la materia que establece que la masa total del sistema no varía. Este principio puede extenderse también al caso de la conservación de la masa de aquellas sustancias químicas que no sufren reacción química.

El segundo principio es el de conservación de los elementos químicos que

intervienen en el sistema y que se asocian en las diferentes moléculas que constituyen

las sustancias químicas.

Finalmente cuando en el sistema intervienen iones podríamos añadir un tercer

principio que sería el de electro neutralidad de cargas eléctricas o de igualdad de

cargas positivas y negativas.

En un proceso industrial, el balance de materia es la aplicación al mismo de la conservación de la materia. Su aplicación conduce a una ecuación que expresa el cómputo total de la materia que entra, sale se acumula y se genera (o desaparece) en un recinto determinado:

Entrada + Generación = Salida + Acumulación

Ley de conservación de la materia

Si no hay generación o consumo de materia dentro del sistema

Acumulación = Entradas – Salidas

Si no existe acumulación o consumo de materia dentro del sistema, se dice que

estamos en estado estacionario o uniforme.

Entradas = Salidas

Si no existen flujos de entrada y salida, se reduce al concepto básico la conservación

de la materia dentro de un sistema cerrado o aislado.

PRINCIPIO DE BERNOULLI

Describe el comportamiento de un fluido moviéndose a lo largo de una línea de corriente. Expresa que en un fluido ideal (sin viscosidad ni rozamiento) en régimen de

circulación por un conducto cerrado, la energía que posee el fluido permanece constante a lo largo de su recorrido. La energía de un fluido en cualquier momento consta de tres componentes:

1. Cinética: es la energía debida a la velocidad que posea el fluido.

2. Potencial gravitacional: es la energía debido a la altitud que un fluido posea.

3. Energía de flujo: es la energía que un fluido contiene debido a la presión que

posee.

La siguiente ecuación conocida como "Ecuación de Bernoulli" (Trinomio de Bernoulli)

consta de estos mismos términos.

donde:

V = velocidad del fluido en la sección considerada.

g = aceleración gravitatoria

z = altura en la dirección de la gravedad desde una cota de referencia.

P = presión a lo largo de la línea de corriente.

ρ = densidad del fluido.

Aplicaciones del Principio de Bernoulli

Tubería. La ecuación de Bernoulli y la ecuación de continuidad también nos dicen que si reducimos el área transversal de una tubería para que aumente la velocidad del fluido que pasa por ella, se reducirá la presión.

LEY DE DARCY

Describe, con base en experimentos de laboratorio, las características del movimiento del agua a través de un medio poroso.

La ley de Darcy es una relación proporcional simple entre la tarifa instantánea de la descarga con un medio poroso, la viscosidad del líquido y el excedente de la gota de presión una distancia dada.

Κ= Qµ/A (ΔP/L)

Un uso de la ley de Darcy está a la corriente con acuífero. Ley de Darcy junto con la ecuación de CONSERVACION DE LA MASA sea equivalente a ecuación de flujo, una de las relaciones básicas de hidrogeología.

La ley de Darcy también se utiliza para describir el aceite, agua, y el gas atraviesa depósitos del petróleo.

ECUACIONES DE ESTADO

El uso más importante de una ecuación de estado es para predecir el estado de gases y líquidos. Una de las ecuaciones de estado más simples para este propósito es la ecuación de estado del gas ideal, que es aproximable al comportamiento de los gases a bajas presiones y temperaturas mayores a la temperatura crítica. Sin embargo, esta ecuación pierde mucha exactitud a altas presiones y bajas temperaturas, y no es capaz de predecir la condensación de gas en líquido. Por ello, existe una serie de ecuaciones de estado más precisas para gases y líquidos. Entre las ecuaciones de estado más empleadas sobresalen las ecuaciones cúbicas de estado. De ellas, las más conocidas y utilizadas son la ecuación de Peng-Robinson (PR) y la ecuación de Redlich-Kwong-Soave (RKS). Hasta ahora no se ha encontrado ninguna ecuación de estado que prediga correctamente el comportamiento de todas las sustancias en todas las condiciones.

METODO DE HORNER

- Prueba de Presion. Es una prueba que se realiza en un pozo para conocer su

presión.

Las pruebas de presión se realizan con multiples propósitos:

- Determinar la capacidad de la formación para producir hidrocarburos

(permeabilidad, presión inicial).

- Evaluar presencia de daño a la formación.

- Determinar la naturaleza de los fluidos y posibles contactos.

- Identificar límites y barreras del yacimiento.

- Comunicación entre pozos.

- Método de Horner. Es un método numérico que a base de aproximaciones

sucesivas, permite calcular las soluciones reales de cualquier ecuación

algebraica con coeficientes reales, con tanta aproximación como se desee.

Consiste en re expresar un polinomio en forma de multiplicaciones anidadas, buscando

(idealmente) que no haya términos de potencias mayores a uno. Así, la definición dada

en la

Ecuación Pn(x)=anxn+an-1xn-1+an-2xn-2+...+a2x2+a1x+a0, quedaría reorganizada

mediante este método como:

Pn(x) = (... (((anx+an-1) x+an-2) x+...+a2) x+a1) x+a0

Y cuya evaluación puede conceptualizarse como:

Pn (x) = ai+1x + ai, "i = n -1,n - 2,...,1,0

Aplicado a:

Prueba de restauración de presión

Esta prueba consiste en una serie de mediciones de presión de fondo durante un

periodo de tiempo, luego de cerrar el pozo después de haber estado fluyendo a una

tasa constante estabilizada.

Solución de la superposición

El método de Horner está basado en la superposición de soluciones de acción

infinita tanto antes como después del cierre del pozo.

BIBLIOGRAFIA.

yacimientos-de-petroleo.blogspot.com

Trabajo de Yalilee Cavazos y Pilar Cuellar

Manual para el ayudante del perforador