Historia de la Simulacin de YacimientosLa naturaleza de un yacimiento se asemeja al misterio de l

as estrellas, as como los cientficos mandan cohetes al espacio para lograr obtener una data de una pequesima fraccin del espacio, los geocientificos e Ingenieros a travs de pozos toman muestras y data que de alguna manera nos da a conocer un poco mas la complejidad del yacimiento que estamos tratando. Pero lamentablemente los datos ofrecen un panorama limitado del entorno del yacimiento estudiado, por ello, los cientficos han creado simuladores, de manera tal de

que podamos entender an ms el comportamiento del yacimiento, desde el principio de su vida til asta que el yacimiento deja de ser productivo. Morris Muskat, en 1949, dio a conocer que estaba trabajando en una simulacin por computadora para determinar el espaciamiento ptimo entre los pozos. Luego, en la dcada de los 50 aparecieron los primeros simuladores de yacimientos simples como soluciones de ecuaciones diferenciales para la permeabilidad en un material homogneo con geometra sencilla, ms tarde se programaron las computadoras para que simularan estas yacimientos, y a medida que pasaba el tiempo los algoritmos que constituian estos simuladores se fueron sofisticando ms, y eso sumndole la llegada de computadoras ms rpidas y eficientes, en donde se pudieron agregar datos geolgicos complejos logrando as poder simular el yacimiento con resultados ms certeros a la realidad. El programa de computacin de simulacin tambin ha cambiado con los avances en la tecnologa de perforacin. Un pozo multilateral se birfuca en el subsuelo para drenar varios horizontes o proporcionar varias entradas hacia la misma formacin para mejorar su recuperacin, los ingenieros deben decidir el emplazamiento optimo de estos pozos ramificados, por eso la necesidad de modelar estos yacimientos antes de la perforacin.

Al principio, el tema de simulacin solo era propiedad de las grandes compaas petroleras, el simulador normalmente se reprogramaba para cada situacin para representar las diferencias en los yacimientos, las mejoras del modelo iban paralelamente con la estrategia de desarrollo de los activos de la empresa. A medida que avanzaba la tecnologa, lo hacan tambin el equipo de especialistas, de los cuales, unos se encargaban de desarrollar el cdigo del programa, y otros encargados de ejecutar los modelos. Con el tiempo la demanda de la simulacin de yacimientos aumento, es entonces que las compaas petroleras empezaron a instalar sus simuladores fuera de sus instalaciones, debido a que no tenan los conocimientos necesarios para generar interfaces de usuario, tal motivo produce el nacimiento de los paquetes de simulacin. Hoy en da el objetivo de los simuladores es simplificar el uso del programa, con generacin automtica de retculas, importacin fcil de datos geolgicos de fluidos y formaciones y representacin grafica de los resultados que los usuarios requieren, actualmente existen varios simuladores, que entre los mas importantes tenemos, ECLIPSE de Schlumberger, el simulador VIP de la Landmark Graphics y el modelo STARS (simulador CMG) de la Computer Modelling Group, Ltd., todos con capacidad de simular modelos de petrleo negro y composicionales, con y sin mezcla de gas y petrleo, donde el ultimo simuladormencionado tiene ciertas ventajas, ya que este simula mejor los procesos trmicos, como el desplazamiento con vapor.

Una cuestin de economia, el modelado de yacimientos proporciona datos economicos para elegir entre posibles emplazamientos de pozos.

Introduccin a la Simulacin Numrica de YacimientosTe gusta este artculo? Comprtelo

Con respecto a un yacimiento en particular, la funcin del ingeniero de yacimientos es predecir la recuperacin final (ultimate recovery) y comportamiento futuro considerando diferentes mecanismos de recuperacin y mtodos de desarrollo. Cabe mencionar que muchas de las herramientas clsicas de ingeniera de yacimientos tales como modelos tanque (balance de materiales que trata al yacimiento como un gran tanque con propiedades promedias uniformes) no proporcionan un adecuado modelaje de los yacimientos, sistemas hidrocarburos y/o esquemas de recuperacin complejos. Un claro ejemplo de lo anterior es la tcnica referente a la ecuacin del acufero en base a balance de materiales que proporciona el influjo de agua acumulado en el yacimiento a un tiempo dado, pero la distribucin areal del agua es desconocida, por lo que no es factible obtener una localizacin ptima de los pozos. Otro caso son los mtodos referentes a conificacin, los cuales no consideran los efectos de presin capilar, por lo que estos mtodos no son apropiados para predecir el comportamiento de un pozo que posee una gran zona de transicin. La simulacin numrica presenta una formulacin rigurosa del sistema fsico a ser modelado, incluyendo : (a) Propiedades variables de la roca. (b) Propiedades del fluido versus la presin. (c) Balance de materiales. (d) Ecuaciones de flujo en el medio poroso. (e) Presin capilar. Estas ecuaciones matemticas pueden ser manipuladas para obtener los complicados fenmenos del yacimiento que sern estudiados. Algunas de estas relaciones matemticas son no-lineales o ecuaciones diferenciales parciales que pueden ser solo resueltas aproximadamente con un computador. Un simulador numrico reduce el balance de materiales (tanque) a un pequeo elemento y considera este elemento como uno de muchos dentro del lmite del yacimiento. Cada elemento es considerado contiguo y en comunicacin con los otros que lo rodean, as mismo los elementos pueden ser arreglados areal y verticalmente para representar la geometra fsica del yacimiento a ser estudiado, asimismo las caractersticas de roca y yacimiento pueden ser variadas para representar cualquier heterogeneidad de un yacimiento anisotrpico. Los yacimientos pueden ser descritos exactamente usando elementos o bloques muy pequeos. Muchos elementos pequeos, incrementarn el tiempo de computador. Una vez que se ha preparado la representacin del yacimiento en la forma de elementos individuales, el modelo de simulacin numrica ejecuta para cada serie de tiempos (timesteps) un conjunto de ecuaciones de balance de materiales para todos los bloques hasta que los efectos dinmicos del movimiento de fluidos, causado ya sea por produccin o inyeccin en uno o mas bloques, sea balanceado. Estas ejecuciones son efectuadas en tiempos pequeos para indicar el comportamiento del yacimiento en general y para cada pozo activo considerado por el modelo. Debido a que el flujo es permitido a travs de los bloques (al interior de los lmites), el movimiento

del frente del fluido puede ser seguido con los simuladores numricos para monitorear cambios en los contactos gas-petrleo o petrleo-agua. Los modelos tambin pueden representar los cambios dinmicos en la presin y distribucin de saturacin en el yacimiento. Tipos Los simuladores de pueden clasificarse Modelos en:

(1) Simuladores de yacimientos de gas.- pueden ser modelados en una o dos fases dependiendo si existe agua mvil. (2) Simuladores de yacimientos de petrleo negro (black oil).- es capaz de simular sistemas donde estn presentes gas, petrleo y agua en cualquier proporcin. Este es el simulador mas comnmente usado en yacimientos de petrleo y la principal suposicin es que las composiciones del petrleo y el gas no cambian significativamente con la depleccin. (3) Simuladores de yacimientos composicional.- toman en cuenta el comportamiento composicional entre los componentes individuales de los hidrocarburos en las fases de gas y lquidos. Esto es debido a que la informacin PVT no describe el comportamiento del fluido adecuadamente para los petrleos voltiles y condensados. La transferencia de masa entre cada uno de los elementos es calculada en fracciones molares de cada componente individual o seudocomponentes combinando dos o mas de los componentes hidrocarburos individuales. Este tipo de modelo es necesario para yacimientos de condensado (retrgrado) y petrleo voltil as como cierto tipo de inyeccin de gas y/o procesos de recuperacin mejorada. (4) Modelos de doble porosidad.- Son necesarios para modelar el comportamiento de yacimientos naturalmente fracturados as como algunos sistemas de carbonatos. El comportamiento de flujo y presin de este tipo de yacimientos puede ser considerado mas complejo que un sistema de porosidad simple. (5) Modelos termales.- Para simular procesos EOR tales como inyeccin de vapor o combustin in-situ. Todos Razones estos modelos para pueden tener efectuar una, dos o una tres dimensiones. simulacin

La simulacin puede proporcionar beneficios potenciales en los rubros siguientes : (1) Estudiar la recuperacin final primaria y su comportamiento bajo diferentes modos de operacin tales como depleccin natural, inyeccin de agua y/o gas. (2) El tiempo en el cual debe iniciarse un proceso de recuperacin mejorada a fin de maximizar la recuperacin as como el tipo de patrn que debe ser usado.

(3) El tipo de proceso de recuperacin mejorada mas apropiado y cual ser la recuperacin final y el comportamiento con el proceso elegido. (4) Investigar los efectos de nuevas ubicaciones y espaciamientos de pozos. (5) Analizar el efecto de las tasas de produccin sobre la recuperacin.

(6) Analizar que tipos de datos tienen el mayor efecto sobre la recuperacin y por lo tanto los que deben ser estudiados cuidadosamente con experimentos fsicos de laboratorio.

SIMULACION DE YACIMIENTOS: HISTORIA Y AVANCES

La Simulacin de Reservorios ha sido practicada desde el inicio de la Ingeniera de Petrleo. En la dcada de los 40, el potencial de la simulacin de reservorios fue reconocido y muchas compaas iniciaron el desarrollo de modelos analgicos y numricos con la finalidad de mejorar las soluciones analticas existentes (clculo de balance de materiales y desplazamiento 1-D de Buckley-Leverett). En la dcada de los 50, se llevaron a cabo investigaciones en lo que respecta a solucin numrica de ecuaciones de flujo. Como resultado, se obtuvieron programas de computador para simulacin de reservorios, aunque sencillos pero tiles. Estos programas representaron el mayor avance y usaron la solucin de un conjunto de ecuaciones de diferencias finitas para describir el flujo multifsico 2-D y 3-D en medios porosos heterogneos. Fue la primera vez que los Ingenieros de Reservorios lograron resolver problemas complejos.

En la dcada de los 60, el desarrollo de la Simulacin de Reservorios, estuvo dirigida a resolver problemas de reservorios de petrleo en tres fases. Los mtodos de recuperacin que fueron simulados incluan depletacin de presin y varias formas de mantenimiento de presin. Los programas desarrollados operaban en grandes computadores (Mainframe) y usaban tarjetas para el ingreso de datos. Durante la dcada de los 70, la tendencia cambi bruscamente, debido al creciente nmero de investigaciones en procesos EOR (Recuperacin Mejorada de Petroleo), avances en tcnicas de simulacin numrica y la disminucin del tamao e incremento de velocidad de los computadores. Los simuladores matemticos fueron desarrollados de tal manera que incluan procesos de inyeccin qumica, inyeccin de vapor y combustin in situ. La investigacin durante este perodo result en avances significativos en lo que respecta a la caracterizacin de la fsica del hidrocarburo en el desplazamiento bajo la influencia de la temperatura, agentes qumicos y comportamiento de fase multicomponente. Durante la dcada de los 80, el rango de las aplicaciones de la simulacin de reservorios continu expandindose. La descripcin de reservorios avanz hacia el uso de la GeoEstadstica para describir heterogeneidades y proporcionar una mejor definicin del reservorio. Se desarroll la tecnologa para modelar reservorios naturalmente fracturados, incluyendo efectos composicionales. Asimismo, el fracturamiento hidrulico y pozos horizontales y su aplicacin al monitoreo del reservorio. Al inicio de esta dcada, las aplicaciones fueron hechas en grandes computadores (Mainframe), al final de la dcada se empezaron a usar microcomputadores. Actualmente, computadores personales y una gran cantidad de sistemas de simulacin de reservorios, proporcionan al Ingeniero, un medio econmico y eficiente para resolver complejos problemas de Ingenieria de Reservorios. Avances recientes en la Ingeniera de Reservorios/Yacimientos Los avances recientes se han centrado principalmente en los puntos siguientes :1. 2. 3. 4. Descripcin del Reservorio. Reservorios Naturalmente Fracturados. Fracturamiento Hidrulico. Pozos Horizontales.

Referente a la descripcin del yacimiento, se estn aplicando tcnicas estocsticas sustentadas en lo siguiente : Informacin incompleta del reservorio en todas sus escalas. Compleja deposicin de facies en el espacio. Propiedades de roca variables. Relacin desconocida entre propiedades.

Abundancia relativa de muestras con informacin proveniente de los pozos.

Referente a reservorios naturalmente fracturados, la simulacin se ha extendido a aplicaciones composicionales e inyeccin cclica de vapor. Respecto a fracturamiento hidrulico, se ha enfatizado en la prediccin de la geometra de la fractura. Se dispone de varias tcnicas para predecir la distribucin de los esfuerzos in situ, mejorando de esta forma la simulacin del crecimiento de la fractura en el sentido vertical y lateral. El objetivo de la simulacin de pozos horizontales es estudiar los efectos de longitud del pozo, ngulo de inclinacin, heterogeneidades locales, permeabilidad direccional, barreras y cada de presin en el pozo. La simulacin exacta de los fenmenos cerca al pozo, ha permitido estudiar los efectos que tienen los pozos horizontales sobre la productividad, interseccin de fracturas, conificacin y recuperacin de hidrocarburos.Autor: Ing. Lucio Carrillo B. UNI Peru | quipu.uni.edu.pe