Tipos de empujes naturales en un yacimiento

Alumno: Manuel HernandezCatedrático: Carlos Guillermo Barrera AburtoMateria: Ingeniería de Producción IIInstituto: Universidad del Atlántico

Mecanismos Primarios de Recuperación

Para poder comprender el comportamiento de los yacimientos y predecir su futuro es necesario tener en cuenta cuales son los diferentes tipos de empuje que se puede generar en el yacimiento al igual de como funciona y se desarrolla cada uno de estos. El funcionamiento general del yacimiento es determinado por la energía natural y los mecanismos de empuje que predomine en este

• Expansión Roca-Fluidos• Empuje de Capa de Gas• Empuje de Acuífero• Empuje por Drene Gravitacional• Empuje Gas Solución

Etapas de Recuperación de Hidrocarburos

25%

10%15%10%

40%

Rec. PrimariaSistema ArtificialRec. SecundariaRec. MejoradaVolumen RemanentePrimaria

Secundaria

Mejorada

• Emplea energía natural del yacimiento.

• Usa sistemas artificiales de producción.

Tiempo

Prod

ucci

ón

• Agrega energía al yacimiento.

• Acelera producción de aceite móvil.

• Libera aceite atrapado en el yacimiento.

La Administración Moderna de Yacimientos admite y evalúa la necesidad de implementar procesos de recuperación secundaria y mejorada en la etapa temprana de la vida del yacimiento para cumplir su objetivo

Sistema Artificial

Factores de Recuperación Típicos

Empuje por expansión de la rocaLa compactación de la roca es un mecanismo de expulsión de HCS. El cual a iniciarse la producción de un yacimiento y caer la presión se expande la roca y los fluidos, lo cual nos genera un cambio en la porosidad intercalada en la formación del yacimiento.La expansión de los fluidos genera la contracción del vaciamiento la cual es generada por la producción de los fluidos que a su vez genera la caída de presión. Ambos efectos van en la misma dirección, la cual es expulsar los fluidos encontrados en el espacio poroso interconectado.

Empuje por expansión de la rocaEl proceso de desplazamiento comienza en los yacimientos de baja saturación hasta que se alcanza la presión de saturación. La expulsión del aceite de da debido a la expansión, tanto como hidrocarburo, agua congénita y las roca de la formación encontradas dentro del yacimiento, lo cual genera un desplazamiento hacia los pozos productores.

Dada la baja compresibilidad del sistema el ritmo de declinación de la presión con respecto a la extracción, es muy pronunciado

Empuje por capa de gas Este empuje consiste en una invasión de la progresiva por parte del gas hacia la zona de aceite, acompañada por un desplazamiento direccional del aceite fuera de la zona de gas libre, hacia los pozos productores, para poderse generar este sistema de empuje se debe de tener unos requerimientos básicos los cuales son:

Que la parte superior del yacimiento contenga una alta saturación de gas

Que exista un continuo crecimiento o agrandamiento de la zona ocupada por el casquete de gas

La zona de gas libre requerida puede presentarse de tres maneras:

Existir inicialmente en el yacimiento como casquete

Bajo ciertas condiciones, puede formarse por la acumulación de gas liberado por el aceite al abatirse la presión del yacimiento, a consecuencia de la segregación gravitacional

La capa de gas puede crearse artificialmente por inyección de gas en la parte superior del yacimiento, si existe condiciones favorables para su segregación

Empuje por capa de GasEn este tipo de yacimientos la presión inicial se considera igual a la presión de burbuja, bajo las condiciones originales de presión y temperatura.

A medida que pasa el tiempo, se va extrayendo el Hidrocarburo del yacimiento, lo cual genera que la presión decaiga poco a poco y el volumen de la capa de gas se expande generando la energía necesaria para el desplazamiento del hidrocarburo hacia el pozo productor

Esta expansión trae como consecuencia que el nivel del contacto gas-petróleo decaiga este efecto hace que los pozos ubicados en la parte estructural mas alta del yacimiento sean los primeros en producir gas correspondiente de la capa.

O HCS

La eficiencia de recuperación del hidrocarburo por medio de este tipo de empuje es de un 20 a un 40% .

Empuje por capa de GasHay distintos factores que deben de tenerse para poder generar este tipo de empuje las cuales son las siguientes: Baja viscosidad del petróleo. Alta gravedad API del petróleo. Alta permeabilidad de la formación Alto relieve estructural. Caída moderada en la producción y

presión del yacimiento. Gran diferencia de densidad entre el

petróleo y el gas. No hay producción de agua o es

relativamente baja. Relación gas-petróleo aumenta

rápidamente en pozos altos estructuralmente.

Relación gas-petróleo constante durante la primera mitad de la producción, luego aumenta.

Factor de recobro moderado, por lo general 30 por ciento.

Características y tendencias

Empuje por capa de Agua.

Yacimiento

Acuifero

Este mecanismo funciona por medio de la expansión del agua, la cual genera el desplazamiento del hidrocarburo hacia los pozos productores del yacimiento, debido a que el agua acumulada a presión en el acuífero es capas de expandirse y transmitir parte de la energía a lo largo y ancho de la interface agua petróleo

Este tipo de empuje requiere que se mantenga una relación muy ajustada entre el régimen de producción de petróleo que se establezca en el yacimiento y el volumen de agua que debe de moverse en el yacimiento.Por otro lado, se debe de mantener la presión en el yacimiento a un cierto nivel para evitar el desprendimiento de gas e inducción de una capa de gas.Las TR’s se deben de cañonear muy por encima del contacto Agua-Petroleo para evitar la conificacion de agua en una edad temprana de la producción.

Características del empuje por capa de aguaAlgunas de las características de este sistema de empuje son:

La presión en el yacimiento permanece alta. La producción de agua inicia muy temprano e

incrementa a cantidades apreciables. El petróleo fluye hasta que la producción de agua es

excesiva. La recuperación esperada es del 10 al 70%.

Agua

Petróleo

Este sistema de empuje es considerado como el mecanismo natural mas eficiente para la extracción de Hidrocarburo, ya que su presencia y actuación adecuada puede lograr una producción de hasta un 60%.Hay casos de acuíferos tan activos que se rehabilitan y estabilizan la presión del yacimiento sin tener que cerrar la producción.

Esto se genera cuando el caudal de agua que alimenta al acuífero es equivalente al volumen de todos los fluidos que se están produciendo en el yacimiento.

Características y tendencias

Empuje por Drene Gravitacional

Gas

Aceite

Agua

La segregación gravitacional es la tendencia del aceite, gas y agua a distribuirse en el yacimiento de acuerdo a sus densidades. En un yacimiento bajo condiciones favorables de segregación, gran parte del gas liberado fluirá a la parte superior del yacimiento, en vez de ser arrastrado hacia los pozos por la fuerza de presión, contribuyendo así a la formación o agrandamiento del casquete de gas y aumentando la eficiencia total del desplazamiento.

Las condiciones propicias para que los yacimientos presenten segregación de sus fluidos son: que posean los espesores considerables, alta permeabilidad y que los gradientes de presión no gobiernen totalmente el movimiento de los fluidos.

Mecanismos de ProducciónEn la recuperación de hidrocarburos es posible identificar tres etapas de recuperación de aceite: Recuperación Primaria, Recuperación Secundaria, Recuperación Mejorada.

Recuperación Primaria: Producción de hidrocarburos usando únicamente la energia natural del yacimiento como mecanismo de empuje.

Recuperación Secondaria: Producción de hidrocarburos auxiliado por adición de energia al yacimiento mediante inyección de gas y/o agua.

Recuperación Terciaria (EOR) Producción de aceite auxiliado por la adición de energía al yacimiento y alterando las propiedades de la roca y el fluido para mejorar la recuperación de hidrocarburos.

Empuje Por Gas Solución

Este es el principal mecanismo de empuje para aproximadamente un tercio de los yacimientos del mundo, en este sistema no existe capa de agua o empuje por agua por lo tanto la energía para empujar el petrolero al agujero puede ser proporcionada por la expansión del petróleo debido al gas expandiéndose en solución. Cuando  la  presión cae debajo del punto burbuja en el yacimiento se forman pequeñas y dispersas burbujas de gas en los poros, que también empujan el hidrocarburo hacia el agujero, a unos 5-10% de gas libre en el yacimiento, las burbujas se unen al gas las cuales se mueven hacia el agujero como una fase fluyente separada

Comportamiento del empuje Gas solución

El gas ira que se libera ira llenando totalmente el espacio desocupado por el Hidrocarburo producido la saturación de aceite disminuirá constantemente a causa de su producción y encogimiento por la liberación del gas solución; por lo tanto mientras que las permeabilidad al aceite disminuye continuamente la permeabilidad al gas aumenta

A medida que se produce el aceite cae la presión y el aceite se expande:

1.- si la presión (p) es mayor a la presión de burbuja (Pb), la expansión del aceite remanente en el yacimiento le permite llenar el espacio poroso que deja el aceite producido

2.- Si ‘P’ <>> Co, la presión del yacimiento comienza a declinar mas lentamente

burbujas de gas aisladas formadas por efectos de una caída de presión, es decir cuando se llega a la presión del punto de burbujeo.

fluye el gas de solución en el yacimiento una vez que se logró superar la saturación critica del gas..

Comportamiento del empuje Gas solución

El funcionamiento de un yacimiento que fluye a través del empuje por gas disuelto.

El gas fluirá con mayor facilidad que el aceite, debido a que es mas ligero, menos viscoso y que en su trayectoria se desplaza por la parte central de los poros En  el  caso  de  yacimientos  de  gas,  el  mecanismo  de  expansión  de  gas  permite  obtener recuperaciones muy altas alrededor de 70 a 80 % . 

Comportamiento de yacimiento con empuje Gas solución

A fin de que no se forme una capa de gas, la permeabilidad vertical debe ser pequeña. Sobre la base de esto el gas liberado fluirá en el yacimiento y permitirá que se incremente la RGA observada en el pozo. El efecto de la expansión del agua y de la roca es pequeño si se compara a la energía de un gas altamente expandible.

Esta grafica muestra el comportamiento de un yacimiento con empuje por gas solución donde se ve la RGA o GOR, presión y el caudal

Grafía de RGAEn esta grafica se muestra la tendencia de la RGA durante la vida del yacimiento con empuje de gas solución en el aceite la RGA es contante a condiciones del yacimiento (1,2) luego sufre una leve disminución (3) esto debido a la liberación del gas. Luego sufre un incremento (4), luego declina debido al agotamiento de la presión (5,6)

Eficiencia de Empuje por gas solucionLa eficiencia de este mecanismo de empuje depende de la cantidad de gas en solución, de las propiedades de la roca, del Hidrocarburo y la estructura geológica del yacimiento En general, los recobros que se logran en el yacimiento son bajos, en el orden de un 10% a 30%, debido a que el gas en el yacimiento es más móvil que la fase petróleo. A medida que la presión declina, el gas fluye a una tasa más rápida que la del petróleo, provocando un rápido agotamiento de la energía del yacimiento, lo cual se nota por el incremento de la RGA del campo. Los yacimientos con empuje por gas en solución son, usualmente, buenos candidatos para la inyección de agua, debido a que la presión del reservorio disminuye.

Esta grafica muestra la eficiencia de distintos tipos de mecanismos de empuje con respecto a la presión

Ecuación de recuperación de yacimiento

Para estimar la eficiencia de la recuperación en yacimientos con presiones iguales a la presión del punto de burbuja que declina hasta la presión del abandono, La organización Arps desarrollo una ecuación valida únicamente para yacimientos en los cuales el empuje por gas solución es el único mecanismo de recuperación

Nota:Si  la presión  inicial del yacimiento es mayor a  la presión del punto de burbuja se debe adicionar la de petróleo producido por expansión de liquido desde la presión inicial hasta Pb.

Ecuación de recuperación de yacimientoLa ecuación anterior solo se aplica con yacimientos que cuyo único mecanismo de empuje es el gas disuelto en el aceite

Los factores que propician una alta recuperación son:

• Alta gravedad API• Alta RGA• Baja viscosidad • Homogeneidad de la formación

Características del empuje

10

Relación Gas solución-Petróleo (Rs) Es definido como el volumen de gas en solución en pies³ normales que pueden disolverse en un barril normal de petróleo a determinada condición de presión y temperatura

En el grafico se observa el RS permanece constante antes de la presión de Burbuja (Pb) debido a que el gas todavía no se ha liberado. Una vez que alcanza la presión de burbuja el gas en solución comienza a liberarse, por lo que el gas en solución comienza a disminuir resultando en una disminución del Rs

Propiedades Volumétricas (Rs)

Etapa Bajosaturadap > pb

Etapa Saturadap < pb

Todo el gas permanece en solución. Es el único que se produce, Qg = Qo * Rs

Rs = R = RGA = GOR = Rp

Rs es constanteRs disminuye a medida que se libera gas en solución

En este diagrama se nos muestra un perfil general de la presión del yacimiento, producción de petrolero y radio gas petróleo (GOR) sobre un periodo de producción.