EMI_1004a_U4_Aplicaciones de La Simulacion de Yacimientos

Aplicaciones de la Simulacin de Yacimientos

Aplicaciones de la Aplicaciones de la SimulaciSimulacin de Yacimientosn de Yacimientos

Ing. Nelson Cabrera Marz, [email protected]

EMI SCZN@Plus 2015

Modelos de Simulacin y LaboratorioModelos de SimulaciModelos de Simulacin y Laboratorion y LaboratorioUnidad 4Unidad 4

PlanificaciPlanificacin de escenarios de desarrollon de escenarios de desarrolloEsquemas de producciEsquemas de produccin y distribucin y distribucinn

EstimaciEstimacin de Reservasn de ReservasSeguimiento de yacimientoSeguimiento de yacimiento

DiseDiseo del modelo de Simulacio del modelo de Simulacinn



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INTRODUCCIONINTRODUCCION

Con respecto a un yacimiento en particular, la funcin del ingeniero de yacimientos es predecir la recuperacin final (ultimate recovery) y el comportamiento futuro considerando diferentes mecanismos de recuperacin y mtodos de desarrollo.La simulacin numrica presenta una formulacin rigurosa del sistema fsico a ser modelado:

- Propiedades variables de la roca- Propiedades del fluido versus la presin- Balance de materiales- Ecuaciones de flujo en el medio poroso- 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 por un programa de computacin.

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Razones para efectuar una simulaciRazones para efectuar una simulacinn

(1) Estudiar la recuperacin final primaria y su comportamiento bajo diferentes modos de operacin tales como deplecin 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.

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Uso de la simulaciUso de la simulacinn

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Aplicaciones de la SimulaciAplicaciones de la Simulacinn

PLANIFICACION DE ESCENARIOS DE DESARROLLO

La planificacin de los escenarios incluye los pasos que se deben ejecutar para obtener las reservas del yacimiento.

Los estudios de simulacin de yacimientos se pueden conducir desde una etapa muy temprana del desarrollo, como una continuacin de las aplicaciones de las tcnicas clsicas sencillas.En la medida en que la planificacin del desarrollo progresa, se van utilizando o construyendo modelos mas complicados.

La incorporacin de nueva informacin conduce a tomar mejores decisiones para determinar y cuantificar la incertidumbre de los parmetros claves de los yacimientos. Estos modelos sern extremadamente tiles al modificar los esquemas de desarrollo si as lo demandan las nuevas condiciones.

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Etapa inicialEtapa inicial

La simulacin de yacimiento puede ser aplicada en la etapa de exploracin de un campo que se desea explotar o en cualquier etapa, en la vida temprana, media o tarda del campo. Hay claramente las diferencias en un estudio o anlisis de los resultados realizado en la etapa exploratoria o inicial de un yacimiento y un estudio realizado sobre un campo desarrollado.

Etapa inicialEtapa inicial: en esta etapa, la simulacin de yacimiento ser un instrumento que puede ser usado para disear el plan de desarrollo total del campo en trminos de los parmetros siguientes:- Plan de recuperacin del yacimiento, por agotamiento natural, empuje de agua, inyeccin de gas, etc.- Instalacin requerida para desarrollar el campo, una plataforma, un desarrollo submarino, etc.- Las capacidades de subinstalaciones de planta como compresores para inyeccin, capacidad de separacin de petrleo, agua y de gas.- El nmero, ubicaciones y tipos de pozos (vertical, inclinado o horizontal) en el campo.- El programa de perforacin del pozo y de alta eficiencia.

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Etapa inicialEtapa inicialEs durante la etapa de inicial que mucho de los ms grandes o ms costosas decisiones de la inversin son hechas. Por lo tanto, este es el tiempo ms prudente para tener las predicciones exactas del comportamiento futuro del yacimiento. Pero, es en este tiempo cuando tenemos la menor parte de cantidad de datos y, desde luego, muy poca o ninguna historia de comportamiento del campo. Por lo tanto, parece que la simulacin de yacimiento tiene una debilidad; en la etapa inicial es cuando se tiene la menor parte de datos para trabajar y de ah por lo general se harn las predicciones futuras.Si los rasgos principales del modelo de yacimiento al inicio en el campo, es incorrecto, entonces las predicciones hechas no sern reales.En tales casos, todava un modelo de simulacin puede ser capaz de construir una serie de modelos de yacimiento posibles, que tendrn incertidumbres. Controlando predicciones avanzadas sobre esta gama de casos, podemos generar una extensin de futuros casos de comportamiento del campo.

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Durante la etapa de desarrolloDurante la etapa de desarrollo

En esta etapa, la simulacin de yacimiento es un instrumento que permite al ingeniero de planificar y evaluar futuras opciones dedesarrollo para el campo. Esto es un proceso que puede ser hecho en una base continuamente puesta al da.

La diferencia principal entre esta etapa es que el ingeniero ahora tiene alguna historia de produccin del campo, presiones, el petrleo acumulado, cortes de agua (tanto de todo el campo como para pozos individuales), adems teniendo alguna idea de si los pozos estn en la comunicacin y posiblemente algunos registros de produccin.

El modelo de simulacin de yacimiento inicial para el campo probablemente encontrado siempre tendr errores, y que por lo tanto habrn fallas en algunos aspectos de sus predicciones de comportamiento de yacimiento. Y es por eso que en esta etapa se pueden establecer y tomar mejores decisiones de acuerdo a las predicciones actuales hechas, y as explotar ptimamente el campo en el futuro.

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Durante la etapa de desarrollo Durante la etapa de desarrollo

Si el modelo inicial resulta ser incorrecto, esto no invalida lohecho en la simulacin del yacimiento. En esta etapa de desarrollo, las actividades de simulacin tpicas son:- Desechar o modificar la informacin no correcta para obtener un mejor modelo de yacimiento y usarlo para la futura prediccin del comportamiento del campo con los nuevos datos.- Utilizacin de la nueva historia para redefinir la estrategia de desarrollo del campo.- Puede ser necesaria revisar varios datos del campo despus de algn perodo de produccin aunque esto tpicamente implique una revisin completa de datos geolgicos y petrofsica antes de un nuevo estudio de simulacin.- Los mecanismos de recuperacin de yacimiento pueden ser revisados usando con cuidado la historia en el modelo de simulacin, podemos desear determinar la importancia de gravedad en el mecanismo de recuperacin de yacimiento.

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Durante la etapa de desarrollo Durante la etapa de desarrollo

Etapa final del campo: definimos esta etapa como el cierre de produccin de campo antes del abandono. Una pregunta surge aqu en cuanto a si el campo tiene la importancia suficientemente econmica para merecer un estudio de simulacin en esta etapa.

Hay dos motivos por qu podemos querer realizar una simulacin en esta etapa en la vida del campo. En primer lugar, podemos desarrollar una nueva estrategia de desarrollo que dar el campo un mayor recobro y lo mantendr siendo econmicamente atractivo durante unos aos ms.

En segundo lugar, el costo de abandono del campo puede ser alto por lo cual lo ms correcto seria ampliar la vida del campo. Esto puede justificar un tardo estudio de simulacin. Sin embargo, no hay ningunas reglas generales pues en general dependen de los factores locales tcnicos y econmicos. En algunos pases puede haber regulaciones que requiere que una compaa petrolera realice la simulacin de yacimiento como parte de la gerencia de los yacimientos donde se encuentran trabajando.

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PRONOSTICOS DE PRODUCCION

Hacer pronsticos de produccin usualmente es la fase concluyente de un estudio integrado de yacimientos. En su esencia, el objetivo de este tipo de trabajo es visualizar el comportamiento futuro del campo bajo diferentes estrategias de explotacin y generar perfiles de produccin necesarios para la evaluacin econmica del proyecto.Todos los esfuerzos del equipo integrado, en trminos de la caracterizacin y simulacin de yacimiento, convergen en esta fase del estudio, donde la mas prometedora estrategia de explotacin debe ser analizada y propuesta para ser administrada en periodos de tiempos cortos, medianos y largos.En lo que respecta a la complejidad tcnica inherente, la fase de pronsticos de produccin del modelo de simulacin puede ser substancialmente diferente para varios casos. En estudios simples, la prediccin se puede realizar en cuestin de das, pero en casos mas complejos se puede tardar meses, dependiendo del tamao y complejidad del modelo, el manejo del pozo y el numero de predicciones a realizar.

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ESQUEMAS DE PRODUCCION Y ESTIMACION DE RESERVASESQUEMAS DE PRODUCCION Y ESTIMACION DE RESERVAS

Entre las tareas mas importantes del ingeniero de yacimientos estn las de estimar los futuros perfiles de produccin y las reservas. Estas cifras se requieren con mucha frecuencia para los anlisis econmicos, las evaluaciones de campo y tambin para atender las disposiciones legales y reguladoras.Es necesario tener disponible un rango de esquemas de produccin para cubrir el rango de las incertidumbres en los parmetros crticos y en las alternativas de desarrollo. Un modelo de simulacin de yacimientos es ideal para generar tales esquemas.


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SEGUIMIENTO DE YACIMIENTOSEGUIMIENTO DE YACIMIENTOLos modelos de simulacin estn reconocidos como la herramienta mas importante para la evaluacin de los esquemas de explotacin. En esta rea se incluyen perforacin, estrategias de produccin e inyeccin, justificacin de reparaciones, estimulaciones, perforacin horizontal y recuperacin adicionalUn modelo de simulacin detallado se puede usar para obtener y evaluar rpidamente las bondades de cualquiera de estas alternativas. Con el ajuste de historia se puede mantener actualizado el modelo, de tal manera que el monitoreo del yacimiento puede ser continuamente ajustado para tomar en cuenta los cambios en los datos de campo.


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DISTRIBUCION DE PRODUCCION

Muchos campos que contienen sus yacimientos agrupados, verticalmente presentan, por lo general, problemas de distribucin de produccin, al tener los pozos completados en algunos de ellos. Esta poltica de explotacin de campo pudiera contra venir el esquema de explotacin de un yacimiento en particular al no disponer de los pozos necesarios para su explotacin optima.Estos problemas de competencia de produccin de yacimientos que comparten los mismos pozos pueden ser adecuadamente tratados con modelos de simulacin conceptualizados para tales fines.

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SIMULACION DE PETROLEO NEGRO

La simulacin de petrleo negro o Black Oil es un modelo de flujo de fluidos en el cual se asume que a lo ms existen tres fases distintas en el reservorio: PetrPetrleo, Agua y Gasleo, Agua y Gas.El agua y el petrleo se asumen inmiscibles y que no existe intercambio de masa o cambio de fase entre ellos. Se asumeadems que el gas es soluble en el petrleo, pero no en el agua.Los simuladores de reservorios de petrleo negro son capaces de simular sistemas donde estn presentes gas, petrleo y agua en cualquier proporcin. Este es el simulador mas comnmente usado en reservorios de petrleo y la principal suposicin es que las composiciones del petrleo y el gas no cambian significativamente con la deplecin.Se usan tres ecuaciones para expresar la conservacin de la masa de los tres componentes (agua, petrleo y gas en cada bloque), no se considera la solubilidad del gas y el petrleo en el agua ni existencia de petrleo en la fase gaseosa. La solubilidad del gas en el petrleo es funcin de presin, no se considera la existencia de agua en la fase gas o petrleo.La simulacin de petrleo negro, es til en procesos de simulacin de inyeccin de agua o gas inmiscible donde no se esperan cambios en la composicin de fluidos.

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InteracciInteraccin de mn de mltiples yacimientosltiples yacimientos

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EliminaciEliminacin del CO2n del CO2

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DISEDISEO DEL MODELO DE SIMULACIO DEL MODELO DE SIMULACINN

Una vez tomada la decisin de correr un estudio de simulacin, la siguiente etapa es el disediseo del modelo de simulacio del modelo de simulacinn. Esta fase implica la seleccin del tipo de geometra a utilizar, si es en una, dos o tres dimensiones, si es un black-oil, un composicional, un miscible, un trmico o un qumico.Debido a esto, un nmero de factores tiene que ser tomados dentro de la consideracin:

El proceso de recuperaciEl proceso de recuperacin del yacimienton del yacimiento. Este es el ms importante parmetro, ya que el modelo debe ser capaz de reproducir correctamente el principal mecanismo de produccin del yacimiento. Esto influye en el tipo de modelo a usar y tambin el grado de detalle a alcanzar. Por ejemplo, cuando un proceso de desplazamiento agua-petrleo es el principal mecanismo de produccin, una simulacin black-oil ser adecuada, pero por otro lado, el modelo debe ser lo suficientemente refinado tanto areal como verticalmente para reproducir de manera adecuada la complejidad geomtrica del frente de desplazamiento.

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Calidad y tipo de informaciCalidad y tipo de informacin disponible.n disponible. Estos influyen el nivel de detalle a usar en el modelo. Una descripcin de yacimientos y fluidos complejos basada en datos escasos o de baja credibilidad puede ser seriamente engaosa y generar soluciones poco realistas.

Tipo de respuestas requerida.Tipo de respuestas requerida. En muchos estudios, son requeridos resultados relativamente simples, como perfiles de produccin de petrleo, gas y agua. En tales casos, un simulados black-oil puede ser suficiente incluso cuando ocurren interacciones complejas dehidrocarburos dentro del yacimiento.

Disponibilidad de recursosDisponibilidad de recursos. El estudio debe ser medido contra los recursos humanos, econmicos y tecnolgicos disponibles. Es peligroso iniciar estudios complejos, sin evaluar el esfuerzo global necesario, en trminos del nivel de experticia, software, hardware y limites del presupuesto.Este anlisis preliminar ayudara en la definicin del grado de complejidad requerido para el estudio particular. El fundamento es que la fase del diseo del modelo siempre debera conducir a la construccin del modelo ms simple para poder cumplir con el objetivo del estudio.

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SELECCISELECCIN DE LA N DE LA GEOMETRGEOMETRA DEL MODELOA DEL MODELO..

El 1er. paso de la fase del diseo es definir la geometra del modelo. Varios tipos de geometra pueden ser utilizados, los ms comunes estn a continuacin:

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Modelos 1DModelos 1D. Estos tipos de modelos casi nunca son usados para los estudios de campo, ya que ellos no representan la verdadera geometra y no pueden simular los procesos de desplazamiento. Sin embargo, estos pueden ser usados para efectos de sensibilidad en variaciones de parmetros del yacimiento o dar cuenta de la aplicacin dinmica de las propiedades petrofsicas.

Modelos transversales 2DModelos transversales 2D. Son usados cuando los procesos de desplazamiento vertical van a ser estudiados, por ejemplo en el caso del flanco de inyeccin de agua o inyeccin de gas crestal. Estos tipos de modelos tambin pueden ser usados para definir seudo-funciones, cuando un modelo 3D poco refinado verticalmente va a ser construido eventualmente.

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Modelos Modelos arealesareales 2D2D.. Son usados cuando los patrones de flujo areal dominan el comportamiento del yacimiento y cuando las heterogeneidades verticales no son relevantes en el flujo. La aplicacin tpica de estos modelos se refiere, por lo tanto, a los estudios de patrones de inyeccin. Ellos tambin pueden ser usados en el caso cuando existe empuje por gas disuelto en el yacimiento donde los efectos por gravedad son despreciables. En muchos casos estos modelos requieren seudofunciones para representar el flujo vertical.

Modelos radiales.Modelos radiales. Estos modelos estn limitados a la regin circundante de un pozo y es usualmente construida para evaluar la produccin del pozo en presencia de grandes gradientes verticales. La aplicacin tpica est relacionada al estudio de la conificacin del agua o el gas en pozos verticales u horizontales.

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Modelos 3D.Modelos 3D. Estos son los modelos ms usados comnmente. Ellos pueden representar la verdadera distribucin de propiedades geolgicas y petrofsicas del yacimiento y, por lo tanto, deben ser usados en la presencia de grandes escalas de heterogeneidad tanto vertical como horizontal, y en general siempre que la geologa sea muy compleja para una representacin 2D. Tericamente, estos modelos pueden ser usados para representar cualquier proceso de recuperacin en el yacimiento, siendo la nica limitacin el nmero total de celdas, las cuales a su vez limitan el grado de detalle o refinamiento de la descripcin.Para el campo completo, el modelo 3D es la eleccin ms obvia para un estudio integrado, ya que el yacimiento entero puede ser efectivamente modelado. Adems, este enfoque permite la integracin de toda informacin esttica y dinmica disponible.

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SELECCIN DEL TIPO DE SIMULADOR.

Diferentes tipos de simulador son usados para representar los mecanismos relacionados a diferentes tipos de yacimientos. La selecciLa seleccin n bbsicamente depende de la naturaleza original sicamente depende de la naturaleza original de los fluidos del yacimiento y el mecanismo de de los fluidos del yacimiento y el mecanismo de empuje o recobro predominanteempuje o recobro predominante. Dejando a un lado los modelos qumicos, los cuales son rara vez usados, los tipos bsicos de simulador son los tan llamados black-oil, composicional y trmicos.

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Modelos Modelos BlackBlack--Oil.Oil. Este tipo de modelo isotrmico aplica a yacimientos que contiene las fases inmiscibles de agua, petrleo y gas. El modelo black-oil trata a los hidrocarburos como si tuviesen dos componentes, petrleo y agua con una ley de solubilidad del gas en la fase lquida simple y dependiente de la presin. No se permiten variaciones de las composiciones de gas o petrleo en funcin de la presin o el tiempo. Estos modelos pueden ser usados para reproducir varios mecanismos del yacimiento, incluyendo empuje por gas disuelto, capa de gas e influjo, inyeccin de agua e inyeccin de gas inmiscible. Ellos pueden tratar con variaciones verticales de las propiedades PVT, mediante la definicin de una relacin de saturacin y gradiente de presin. Ellos tambin pueden tratar con variaciones laterales del PVT, a travs de la definicin de zonas de equilibrio.

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Modelos Modelos ComposicionalesComposicionales.. En un modelo composicional e isotrmico, las fases de hidrocarburos estn representadas por N componentes, cuya interaccin es una funcin de la presin y composicin y es descrita por alguna ecuacin de estado. El nmero de componentes N de hidrocarburos usualmente est relacionado al detalle deseado de los resultados pero es con frecuencia limitado por el tiempo de computacional prctico y estnormalmente entre 3 y 7. Los modelos composicionalesse utilizan en los casos en donde las composiciones y propiedades de la fase de hidrocarburos varan significativamente con la presin por debajo del punto de burbuja o el punto de roco. Aplicaciones tAplicaciones tpicas de estos picas de estos modelos son el agotamiento de yacimientos volmodelos son el agotamiento de yacimientos voltiles y tiles y gas condensado, ademgas condensado, adems de proyectos de inyeccis de proyectos de inyeccin n ccclica de diclica de dixido de carbono. xido de carbono.

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Modelos TModelos Trmicosrmicos. Cuando la temperatura vara en el yacimiento, se debe usar un modelo trmico. En un modelo de este tipo, los componentes usuales el agua (ya sea en lquido o vapor) e hidrocarburos voltiles y pesados como fases. Las propiedades de interaccin roca-fluido son caracterizadas como funciones de presin y temperatura. Estos modelos son Estos modelos son usados para simular inyecciones cusados para simular inyecciones cclicas de clicas de vapor, flujo de vapor continuo o procesos mvapor, flujo de vapor continuo o procesos ms s complejos como la combusticomplejos como la combustin in situn in situ.

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Un ltimo tipo de modelo a ser mencionado es el modelo dual media (matriz fracturada), donde la roca yacimiento es considerada como compuesta por dos redes interconectadas, la fractura y la matriz, cada una caracterizada con sus respectivas propiedades. Estos modelos son ejecutados bajos ambas formulaciones de black-oil y composicional, usando diferentes configuraciones llamadas porosidad dual y permeabilidad dual, dependiendo de si o no el flujo en la matriz es permitido explcitamente. Estos modelos son aplicados tpicamente en el estudio de yacimientos fracturados naturalmente.

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