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Ecuación de Balance de MateriaEcuación de Balance de Materia

FACULTAD INTEGRAL DEL CHACOFACULTAD INTEGRAL DEL CHACOCARRERA TECNICO SUPERIOR EN PETROLEOSCARRERA TECNICO SUPERIOR EN PETROLEOS

Práctica de campoPráctica de campo

Postulantes: Univ. Francisco Javier Coronado Alpire

Univ. Israel Medina Padilla

Asesor : Ing. Betty Montaño

Camiri – BoliviaCamiri – Bolivia

PET - 303PET - 303


Los temas tratados comprenden básicamente las aplicaciones de la ecuación de balance de materia, que siguen siendo de gran utilidad, a pesar del advenimiento de modelos matemáticos que permiten obtener resultados más precisos.

La simplicidad de la ecuación de balance de materia, en la cual se considera al yacimiento como una unidad, justifica su uso, porque proporciona una aproximación aceptable en muchos estudios de Ingeniería de Yacimientos.


La Ecuación de Balance de La Ecuación de Balance de Materia se usa para evaluar:Materia se usa para evaluar:

1.- Petróleo Original In-Situ en 1.- Petróleo Original In-Situ en el Yacimiento.el Yacimiento.


INGENIERIA DE YACIMIENTOSINGENIERIA DE YACIMIENTOS

* CIENCIA ALTAMENTE TECNICA Y EFICAZ.

* LA PREDICCION Y EL COMPORTAMIENTO DE LOS YACIMIENTOS.

* FLUIDOS DEL YACIMIENTO.


DEFINICION DE INGENIERIA DE DEFINICION DE INGENIERIA DE YACIMIENTOSYACIMIENTOS

Es el conjunto de métodos, análisis y desarrollo práctico - científico tendiente a lograr el mas completo conocimiento de las características de los yacimientos de hidrocarburos, de su historial pasado y de su comportamiento actual; estableciendo predicciones futuras de producción en función a diversas alternativas de explotación para lograr una óptima recuperación de petróleo con un excelente rendimiento económico.


FUNCIONES DE LA INGENIERIA DE YACIMIENTOS

a) Evaluar y conocer las propiedades de la roca que constituye el reservorio determinando en especial sus características petrofísicas de porosidad(Ø), saturación de fluidos (So, Sg, Sw) , permeabilidad(K), etc.

b) Conocer y evaluar los cambios y propiedades de los fluidos del reservorio en función de la presión y temperatura. Las determinaciones de PVT, factor de volumen, solubilidades, viscosidades, etc.

c) Establecer el volumen de hidrocarburos (in – situ y recuperable) que existen en el reservorio.


FUNCIONES DE LA INGENIERIA DE YACIMIENTOS

d) Determinar las condiciones y variaciones de la presión y temperatura del yacimiento desde el inicio de su producción hasta el término de la explotación.e) Establecer la energía y sistema de explotación primaria que predomina en el yacimiento, definiendo alternativas óptimas de recuperación final.f) Definir el cuando y como de la aplicación de mecanismos de recuperación mejorada (Mantenimiento de presión, secundaria y terciaria).g) Establecer finalmente la óptima explotación total y recuperación última del reservorio bajo los parámetros económicos más recomendables.


PROPIEDADES PETROFISICASPROPIEDADES PETROFISICAS

* POROSIDAD.

* PERMEABILIDAD.

* SATURACION DE FLUIDOS.


CLASIFICACION DE LOS YACIMIENTOSCLASIFICACION DE LOS YACIMIENTOS

* DE ACUERDO AL TIPO Y CARACTERISTICA DE LA ROCA - RESERVORIO.

* DE ACUERDO AL TIPO DE TRAMPAS.

* DE ACUERDO AL TIPO DE FLUIDO ALMACENADO.

* DE ACUERDO AL TIPO DE PRESION ORIGINAL.

* DE ACUERDO AL TIPO DE EMPUJE O ENERGIA.


* RELACION DE SOLUBILIDAD DEL GAS EN EL ACEITE “Rs”.

* FACTOR VOLUMETRICO DEL ACEITE “Bo”.

* FACTOR VOLUMETRICO DEL GAS “Bg”.

* FACTOR VOLUMETRICO DE LA FASE MIXTA “Bt”.

* VISCOSIDAD.

* COMPRESIBILIDAD.

PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTODEL YACIMIENTO


* RELACION DE SOLUBILIDAD DEL GAS EN EL ACEITE “Rs”.

Para un aceite y un gas, de composiciones conocidas, a temperatura constante, la cantidad de gas en solución aumenta al incrementarse la presión y a presión constante, esa cantidad disminuye al aumentar la temperatura.

* FACTOR VOLUMETRICO DEL ACEITE “Bo”.

Se puede definir, como un factor, que representa el volumen de petróleo saturado con gas, a la presión y temperatura del yacimiento, por unidad volumétrica de petróleo a condiciones normales.


* FACTOR VOLUMETRICO DEL GAS “Bg”

Es un factor que representa el volumen de gas libre, a presión y temperatura del yacimiento, por unidad volumétrica de gas libre a condiciones normales.

* FACTOR VOLUMETRICO DE LA FASE MIXTA “Bt”.

Es un factor adimensional, que representa el volumen en el yacimiento a determinada presión y temperatura, de la unidad volumétrica de petróleo a condiciones normales mas su gas originalmente en solución.


* VISCOSIDAD

Es la propiedad que determina la cantidad de resistencia opuesta a las fuerzas cortantes.La viscosidad se debe primordialmente a las interacciones entre las moléculas del fluido.

* COMPRESIBILIDAD

Se define como el cambio de volumen que sufre un volumen unitario por unidad de variación de presión.


YACIMIENTO DE PETROLEOYACIMIENTO DE PETROLEO

* ACUMULACIONES DE FLUIDOS EN UN YACIMIENTO.

* BLACK OIL RESERVOIR.


ANALISIS COMPOSICIONAL DE UN ANALISIS COMPOSICIONAL DE UN YACIMIENTO DE PETROLEOYACIMIENTO DE PETROLEO

COMP. C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7+ C7+PM DENS. RGP COLOR

ACEITE 45.62 3.17 2.10 1.50 1.08 1.45 45.08 231 0.862 110Negro

Verduzco


DESCRIPCION DE UN DIAGRAMA DE FASESDESCRIPCION DE UN DIAGRAMA DE FASES


MECANISMOS DE DESPLAZAMIENTOS DE MECANISMOS DE DESPLAZAMIENTOS DE LOS FLUIDOS EN EL YACIMIENTOLOS FLUIDOS EN EL YACIMIENTO

* PROCESOS DE DESPLAZAMIENTOS.* PROCESOS DE DESPLAZAMIENTOS.

1.-EXPANSION DE LA ROCA Y LOS LIQUIDOS.

2.-EMPUJE POR GAS DISUELTO LIBERADO.

3.-EMPUJE POR CAPA DE GAS.

4.-EMPUJE POR AGUA.

5.-DESPLAZAMIENTO POR SEGREGACION GRAVITACIONAL.


1.- EXPANSION DE LA ROCA Y LOS LIQUIDOS.

Este proceso de desplazamiento ocurre en los yacimientos sub saturados, hasta que se alcanza la presión de saturación; la expulsión del aceite se debe a la expansión del sistema. El aceite, el agua congénita y la roca se expanden, desalojando hacia los pozos productores el aceite contenido en el yacimiento; dada la baja Compresibilidad del sistema, el ritmo de declinación de la presión con respecto a la extracción es muy pronunciado.


2.- EMPUJE POR GAS DISUELTO LIBERADO.

Una vez iniciada en el yacimiento la liberación del gas disuelto en el aceite, al alcanzarse la presión de saturación, el mecanismo de desplazamiento del aceite se deberá, primordialmente, al empuje de gas disuelto liberado; ya que si bien es cierto que tanto el agua intersticial y la roca continuarán expandiéndose, su efecto resulta despreciable, puesto que la compresibilidad del gas es mucho mayor que la de otros componentes de la formación.


3.-EMPUJE POR CAPA O CASQUETE DE GAS.

Los requerimientos básicos de este tipo de empuje son los siguientes:

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

b) 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:

a) Existir inicialmente en el yacimiento como casquete.

b) 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.

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


4.- EMPUJE POR AGUA

Es en muchos sentidos similar al casquete de gas, el desplazamiento de los hidrocarburos tiene lugar en este caso atrás y en la interfase agua - aceite móvil; en este proceso el agua invade y desplaza al aceite, progresivamente, desde las fronteras exteriores del yacimiento hacia los pozos productores.El empuje hidráulico puede ser natural o artificial.

Requerimientos básicos para este proceso:

1.- En primer lugar, una fuente adecuada que suministre agua en forma accesible al yacimiento.

2.- En segundo término, una presión diferencial entre la zona de aceite y la zona de agua, que induzca y mantenga la invasión.


5.- DESPLAZAMIENTO POR SEGREGACION GRAVITACIONAL

La segregación gravitacional o drenaje gravitacional, puede clasificarse como un mecanismo de empuje; sin embargo, se considera mas bien como una modificación de las demás. La segregación gravitacional es la tendencia del aceite, gas y agua a distribuirse en el yacimiento de acuerdo a sus densidades.


ECUACION DE BALANCE DE MATERIAECUACION DE BALANCE DE MATERIA

* Producción de petróleo, gas y agua.

* La ecuación de Schiltuis.


DATOS REQUERIDOS DEL YACIMIENTO, DATOS REQUERIDOS DEL YACIMIENTO, PRODUCCION Y DE LABORATORIOPRODUCCION Y DE LABORATORIO

1.-Presión inicial del yacimiento y presión promedia del yacimiento a intervalos sucesivos después de comenzar la producción.

2.-Producción de petróleo producida en barriles fiscales, medidos a presión de una atmósfera y a una temperatura de 60 °F, a cualquier período o durante un intervalo de producción cualquiera.

3.-Producción total de gas en pie cubico a condiciones normales; cuando se inyecta gas al yacimiento; este total será la diferencia entre el gas total producido y el reinyectado en el yacimiento.

4.-Razón de volumen inicial de la capa de gas al volumen inicial de petróleo (m).

* Para yacimiento con capa de gas en la E.B.M la incógnita sería (N).

* Para yacimiento con empuje hidrostático la E.B.M las incógnitas serían (N y We)

5.- Datos de laboratorio Bo, Bg, RGP.

6.- Cantidad de agua producida.

7.- Cantidad de intrusión de agua en el yacimiento proveniente del acuífero.


DESARROLLO DE LA ECUACION DE DESARROLLO DE LA ECUACION DE BALANCE DE MATERIABALANCE DE MATERIA

La deducción de la E.B.M, se divide en los cambios de los volúmenes de petróleo, gas y agua que ocurre a partir del comienzo de la producción y cualquier tiempo “t”.

1.- Cambio en el volumen de petróleo.

2.- Cambio en el volumen de gas libre.

3.- Cambio en el volumen de agua.


Volumen de aceite original,@ c.s es : NBoi = NBti PC

Aceite remanente en el yacimiento,@ c.y. es : (N-Np)Bo PC

Disminución en el volumen de petróleo : = NBoi-(N-Np)BoPC

1.- CAMBIO EN EL VOLUMEN DE PETROLEO


Gas disuelto en el aceite original,@ c.s.,es : NRsi

Gas libre inicial, @ c.y., es : GBgi = mNBoi

Producción acumulativa de gas, @ c.s., es : Gp = NpRp

El gas disuelto en el aceite residual, @ c.s., es : (N-Np)Rs

2.-CAMBIO EN EL VOLUMEN DE GAS LIBRE


Volumen inicial de agua en el yacimiento : Wres PC

Producción acumulativa de agua a un tiempo “t” : Wp

Volumen acumulativa de agua, @ c.y., a un tiempo “t” : BwWp

Entrada de agua neta al yacimiento, @ c.y., es : We-WpBw

El factor de volumen de las dos fases : Bt = Bo+Bg(Rsi-Rs)

3.- CAMBIO EN EL VOLUMEN DE AGUA


DISTRIBUCION DE LOS FLUIDOS DISTRIBUCION DE LOS FLUIDOS EN UN YACIMIENTOEN UN YACIMIENTO

Representación esquemática del cambio en la distribución de los fluidos en un yacimiento. (A) a condiciones iniciales; (B) a condiciones después de producir.

mNBoiGAS LIBRE

INICIAL

GAS LIBRE RESIDUAL

TOTAL

(N-Np)boACEITE RESIDUAL Nboi

ACEITE INICIAL We –WpBw

ENTRADA DE AGUA NETA

A B


A CONDICIONES STANDARD LA E.B.MA CONDICIONES STANDARD LA E.B.M

Volumen de gas libre

inicial del casquete

+Volumen de gas disuelto

inicial=

Volumen de gas libre

residual +

Volumen de gas disuelto

Residual+

Volumen de gas

producido

NpRpNpNBg

WpBwWeBoNpNNBoimNBoiNRsi

Bgi

mNBoi

)(

)()(


Esta ecuación es equivalente a la derivada originalmente por Schiltuis.

1

)()(

Bgi

BgmBtiBtiBt

WpBwWeRsiRpBgBtNpN

ECUACION DE BALANCE DE MATERIAECUACION DE BALANCE DE MATERIA

1

)()(

Bgi

BgmBtiBtiBt

WpBwWeRsRpBgBoNpN


* Modelo matemático.

* 3 Incógnitas N, We y m.

* La derivación de la E.B.M.

* El valor de N.

CONSIDERACIONES SOBRE LA E.B.MCONSIDERACIONES SOBRE LA E.B.M


* S i el yacimiento no contiene casquete de gas (m = 0 )

* Si no existe entrada de agua ( We = 0 ) ni casquete de gas ( m = 0 ).

BtiBt

WpBwWeRsiRpBgBtNpN

)(

BtiBt

RsiRpBgBtNpN

)(


INDICES DE EMPUJEINDICES DE EMPUJE

A Indice de empuje por gas disuelto liberado.

Fracción de hidrocarburos producidos o desplazados del yacimiento por la expansión del aceite.

B Indice de empuje por el gas del casquete.

Fracción de hidrocarburos producidos por efectos de la expansión del casquete.

C Indice de empuje por entrada de agua neta.

Fracción de hidrocarburos desalojados del yacimiento por la entrada de agua neta.

)()(

1

)(

)(1

RsRpBgBoNp

WpBwWe

RsRpBgBoNp

Bgi

BgNmBti

RsRpBgBoNp

BtiBtN

1= A + B + C


PREDICCION PRACTICA DE LA PREDICCION PRACTICA DE LA ECUACION DE BALANCE DE MATERIA.ECUACION DE BALANCE DE MATERIA.

1.- Volumen bruto o total de la zona de petróleo = 112.000 ac – p.2.- Volumen bruto de la zona de gas = 19.600 ac – p.3.- Presión inicial del yacimiento = 2500 Psia.4.- Temperatura del yacimiento = 150 °F.5.- Producción de petróleo durante el intervalo considerado = 20 MM BF.6.- Razón gas – petróleo promedia producida = 700 PCS/BF.7.- Volumen de intrusión de agua = 11,58 MM BL.8.- Producción de agua = 1,05 MM BL.9.- Factor volumétrico del agua = 1,028 BL/BF.

DATOS DEL YACIMIENTO.DATOS DEL YACIMIENTO.


DETERMINACION DEL FACTOR DETERMINACION DEL FACTOR VOLUMETRICO DEL GAS.VOLUMETRICO DEL GAS.

P

zTBg 00504,0

PROPIEDADES FISICAS DEL YACIMIENTO.PROPIEDADES FISICAS DEL YACIMIENTO.

Fig. 4.1


* Volumen Original In - Situ mediante la Ecuación de Balance de Materia, cuando m = 0 y We = 0.

BtiBt

BgRsiRpBtNpN

)(

Datos requeridos de fig. 4.1

Bti a 2500 = 1,29 BL/BF.Bt a 2200 = 1,30 BL/BF.Rp asumido = 700 PCS/BF.Rsi a 2500 = 575 PCS/BF.Np = 20 MM BF.

MMMBFN 875,2

CALCULOSCALCULOS

Reemplazando términos en la ecuación obtenemos el siguiente resultado:

* Determinación de volumen original a la presión de saturación = 2200 Psia a condiciones de yacimiento.


* Volumen Original In - Situ mediante la Ecuación de Balance de Materia, cuando no existe Gas libre inicial m = 0.



CALCULOSCALCULOS


* Determinación de volumen original a la presión de saturación = 2200 Psia a condiciones de yacimiento

BtiBt

BwWpWeBgRsiRpBtNpN

)()(

.825,1 MMMBFN


* Volumen Original In - Situ mediante la Ecuación de Balance de Materia, cuando no existe empuje hidrostático We = 0.



CALCULOSCALCULOS


* Determinación de volumen original a la presión de saturación = 2200 Psia a condiciones de yacimiento

)(

)(

BgiBgBgi

mBtiBtiBt

BwWpBgRsiRpBtNpN

.982,2 MMMBFN

.175,0000.112

600.19m


COMPARACION DE VOLUMEN COMPARACION DE VOLUMEN ORIGINAL IN - SITU ORIGINAL IN - SITU

PRESION DE SATURACION

Psia

VOLUMEN ORIGINAL N

m = 0 y We = 0MMMBF

VOLUMEN ORIGINAL N

m = 0MMMBF

VOLUMEN ORIGINAL N

We = 0MMMBF

2200 2.875 1.825 2.982


CONCLUSIONESCONCLUSIONES

•La Ecuación de Balance de Materia, es un modelo matemático que nos permite evaluar:

* El volumen de Petróleo Original In – Situ.* Tamaño del casquete de Gas.* Intrusión de Agua.


•La Ecuación de Balance de Materia, es un modelo matemático que nos permite predecir:

* Producción de Petróleo.* Producción de Gas.* Presión del Yacimiento.

CONCLUSIONESCONCLUSIONES


•La Ecuación de Balance de Materia, es un modelo matemático que también nos permite determinar la declinación de un yacimiento por empujes simultáneos.

•La Ecuación de Balance de Materia, es utilizada en la determinación de volúmenes de aceite en flujos monofásicos (cuando m = 0 y We = 0) y bifásicos (cuando m y We diferente de cero).


RECOMENDACIONESRECOMENDACIONES

•Para no caer en errores sustanciales de cálculo de volumen mediante la ecuación de Balance de Materia es recomendable e importante contar con los datos PVT:

* Presión Inicial del Yacimiento.* Presión Promedio del Yacimiento. (En Diferentes Periodos)* Relación del Volumen Inicial de Gas al Volumen Inicial del Petróleo.


•El valor de N debe obtenerse también por métodos volumétricos.

•Se recomienda asumir condiciones uniformes en las propiedades del yacimiento para el cálculo de variaciones termodinámicas en diferentes periodos.

RECOMENDACIONESRECOMENDACIONES


Postulantes: Univ. Francisco Javier Coronado Alpire

Univ. Israel Medina Padilla

Asesor : Ing. Betty Montaño

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