-
Generalidades.
La necesidad que enfrenta actualmente el mundo para cubrir
su
demanda de combustible ha logrado que los yacimientos no
convencionales sean nuevamente revisados y tomados en
cuenta.
Esto hace que sea de vital importancia la investigacin para
lograr
tecnologas adecuadas para poder sacar el mayor provecho de
estos
yacimientos que aos atrs eran considerados sin valor
comercial.
Es justo poder identificar y conocer a grandes rasgos la
variedad de
los yacimientos no convencionales partiendo del principio:
los
yacimientos convencionales.
Tipos de Yacimientos.
El factor de comerciabilidad del hidrocarburo (Gas, aceite)
est
relacionado directamente con el tipo de yacimiento que lo
contiene,
sus propiedades y la tecnologa necesaria para extraerlo y
refinarlo.
Yacimientos convencionales: Estos yacimientos se
caracterizan en que pueden ejecutarse o ser producidos a
tasas econmicas de flujo, lo cual podr llevar a la
produccin de ciertos volmenes econmicos de
hidrocarburos, es decir estos hidrocarburos producidos no
tendrn la necesidad de recibir tratamientos mayores de
estimulacin, procesos especiales de recuperacin ni
tampoco ser necesario utilizar una tecnologa de punta
para la produccin de estos hidrocarburos.
Yacimientos No convencionales: 1El hidrocarburo se
encuentran en unas condiciones que no permiten el
movimiento del fluido bien por estar atrapados en rocas
poco permeables o por tratarse de petrleos de muy alta
viscosidad, requieren el empleo de tecnologa especial para
su extraccin, ya sea por las propiedades del propio
hidrocarburo o por las caractersticas de la roca que lo
contiene.
Caractersticas:
Yacimientos convencionales.
En los yacimientos convencionales, los hidrocarburos se forman
en lo
que se conoce como roca generadora. La misma est compuesta
por
una acumulacin de material orgnico y rocas que se
almacenaron
durante largos perodos de tiempo.
Con el paso de los aos, y a medida que se acumula una mayor
cantidad de sedimentos y rocas, se generan ciertas condiciones
de
presin y temperatura que hacen que la materia orgnica se
1Recursos no convencionales.
http://www.repsol.com/es_es/corporacion/prensa/publicaciones/espec
ial-upstream/recursos-no-convecionales.aspx
transforme y descomponga, obteniendo as los hidrocarburos.
Posteriormente, estos migran a travs de las diferentes
formaciones
Geolgicas, hasta encontrar una roca impermeable que impida
su
paso, conocida como sello.
Yacimientos no convencionales.
Los HYNC son hidrocarburos que presentan caractersticas
similares
a los convencionales por ser recursos no renovables. Sin
embargo, su
acumulacin no responde a un sistema petrolero tradicional,
pues
necesitan de una estimulacin adicional para su extraccin, y por
la
manera como estn distribuidos en el subsuelo o algunos de ellos
de
manera somera y extrados con minera a cielo abierto. A
diferencia de
los convencionales que requieren una fuerte inversin inicial y
una
menor durante el resto de la vida til del yacimiento, los
HYNC
requieren de una inversin constante durante todo su proceso
de
produccin.
El hecho de que estos yacimientos tengan baja permeabilidad
implica
mayor incertidumbre en el recobro, bajo recobro por pozo,
mayor
complejidad en el manejo del yacimiento, mayores inversiones
de
capital y tecnologas de ltima generacin, pozos ms costosos
(perforacin horizontal y direccional, y estimulacin), con lo
cual, este
tipo de proyectos presentan menor rentabilidad y mayor periodo
de
repago de la inversin que los proyectos de exploracin y
produccin
en yacimientos convencionales.
Yacimientos convencionales vs. Yacimientos no convencionales
AX Avella, LA Barajas, AJ Cordero SPWLA-CAFE
Ingeniera de Yacimiento, Universidad Industrial de Santander,
Colombia
-
2Figura 1. Yacimientos convencionales vs. No convencionales.
Extra Heavy Oil.
La mayor parte de los recursos de petrleo del mundo corresponde
a
hidrocarburos viscosos y pesados, que son difciles y caros
de
producir y refinar. Los crudos pesados tienden a poseer
mayores
concentraciones de metales y otros elementos, lo que exige
ms
esfuerzos y erogaciones para la extraccin de productos
utilizables y
la disposicin final de los residuos.
Los petrleos de 10API o menor densidad se conocen como extra
pesados, ultra pesados o superpesados porque son ms densos que
el agua. La viscosidad de los petrleos convencionales puede
oscilar
entre 1 centipoise (cP) [0.001Pa.s], la viscosidad del agua,
y
aproximadamente 10 cP [0.01 Pa.s]. La viscosidad de los
petrleos
pesados y extra pesados puede fluctuar entre menos de 20 cP
[0.02
Pa.s] y ms de 1.000.000 cP [1,000 Pa.s]. El hidrocarburo ms
viscoso, el bitumen, es un slido a temperatura ambiente y se
ablanda
fcilmente cuando se calienta.
Las acumulaciones ms grandes de crudos extra pesados y
bitumen
existentes en el mundo, estn presentes en ambientes
geolgicos
similares. Se tratan de depsitos someros sper gigantes,
entrampados en los flancos de las cuencas de ante pas.
Las cuencas de ante pas son depresiones enormes, formadas a
raz
del hundimiento de la corteza terrestre durante la orognesis.
Los
sedimentos marinos de la cuenca se convierten en la roca
generadora
(roca madre) de los hidrocarburos que migran echado arriba
constituyendo sedimentos erosionados desde las montaas recin
formadas.
Los nuevos sedimentos a menudo carecen de rocas de cubierta
que
actan como sello. En estos sedimentos fros y someros, el
2
magen,http://www.cocme.org/ac/images/stories/evento_hnc/memorias/4.vera.
pdf
hidrocarburo se biodegrada La biodegradacin es la causa
principal
de la formacin del petrleo pesado. 3 A lo largo de las escalas
de
tiempo geolgico, los microorganismos degradan los
hidrocarburos
livianos e intermedios, produciendo metano e hidrocarburos
pesados enriquecidos.
La biodegradacin produce la oxidacin del petrleo, reduciendo
la
relacin gas/petrleo (GOR) e incrementando la densidad, la
acidez,
la viscosidad y el contenido de azufre y de otros metales. A
travs de
la biodegradacin, los petrleos pierden adems una importante
fraccin de su masa original.
Las condiciones ptimas para la degradacin microbiana de los
hidrocarburos se dan en los yacimientos de petrleo, a
temperaturas
inferiores a 80C[176F]; el proceso se limita por lo tanto a
los
yacimientos someros, situados a una profundidad de
aproximadamente 10.000 ft.
La acumulacin de petrleo individual ms grande que se conoce
es
la faja de petrleo pesado del Orinoco, en Venezuela, con 1.2
trilln
de barriles [190,000 millones de m3] de petrleo extra pesado de
6 a
12API. Las acumulaciones combinadas de petrleo extra pesado
de
la cuenca del oeste de Canad, en Alberta, totalizan 1.7 trilln
de bbl
[270,000 millones de m3].
Las fuentes de estos petrleos no se conocen totalmente pero
existe
acuerdo, en ambos casos, en cuanto a que provienen de
petrleos
marinos severamente bio degradados. Los 5.3 trillones de
barriles
[842,000 millones de m3] de todos los depsitos del oeste de
Canad
del este de Venezuela representan los restos degradados de los
que
alguna vez fueron probablemente 18 trillones de barriles [2.9
trillones
de m3] de petrleos ms livianos.4
Mtodos de recuperacin:
Los mtodos de recuperacin de petrleo pesado se dividen en
dos
tipos principales, segn la temperatura. Esto se debe a que
la
propiedad clave del fluido, es decir la viscosidad, depende
significativamente de la temperatura; cuando se calientan,
los
petrleos pesados se vuelven menos viscosos.
Los mtodos de produccin en fro aquellos que no requieren el
agregado de calor pueden ser utilizados cuando la viscosidad
del
petrleo pesado en condiciones de yacimiento es lo
suficientemente
baja como para permitir que el petrleo fluya a regmenes
econmicos. Los mtodos asistidos termalmente se utilizan cuando
el
petrleo debe ser calentado para fluir.
El mtodo original de recuperacin de petrleo pesado en fro es
la
minera. Gran parte de la explotacin de petrleo pesado por el
mtodo de minera tiene lugar en las minas a cielo abierto de
Canad,
pero tambin se ha recuperado petrleo pesado por minera
subterrnea en Rusia. El mtodo a cielo abierto es til slo en
Canad, donde el acceso desde la superficie y el volumen de
los
depsitos de arenas petrolferas someras estimado en 28,000
millones
de m3[176,000 millones de barriles] lo vuelven econmico.
3 Head IM, Jones DM y Larter SR: Biological Activity in
the Deep Subsurface and the Origin of Heavy Oil, Nature
426, no. 6964 (20 de noviembre de 2003): 344352 4 Meyer RF:
Natural Bitumen and Extra-Heavy Oil, World Energy Council Survey of
Energy Resources,
www.worldenergy.org/wec-geis/publications/reports/
ser/zbitumen/bitumen.asp
-
Shale Gas:
El Shale Gas es el gas natural producido a partir de lutitas, el
cual se
ha convertido en una fuente cada vez ms importante de energa
a
nivel mundial ante el notable incremento en el consumo de
energas
fsiles5. El Shale Gas es el mismo gas de los yacimientos
convencionales pero est atrapado en rocas generadoras con
bajsima permeabilidad. Es un gas que no migr despus de su
proceso de formacin es importante resaltar que el Shale Gas se
encuentra a mayores profundidades que otras fuentes de gas
natural
convencional, lo cual, sumado a la impermeabilidad de las rocas
en
las que se encuentra, hace su extraccin inviable en
cantidades
masivas y comerciables sin el respaldo de la tecnologa
adecuada
para su extraccin.
Figura 2.Sistema de yacimiento de shale gas.
El Shale Gas y Shale Oil se pueden definir como
hidrocarburos
asociados a formaciones de Shale. Las formaciones de Shale
ricas
en material orgnico, antes consideradas solo como rocas fuente,
o
sellos para acumulaciones de gas en arenas y carbonatos
asociados
estratigrficamente, son ahora definidas como formaciones de
Shale.
Estos yacimientos estn compuestos por rocas sedimentarias con
un
contenido predominante de partculas de tamao arcilla, pero
adems,
presentan porcentajes considerables de materia orgnica, lo cual
los
hace susceptibles de generar, y al mismo tiempo, almacenar
cantidades importantes de hidrocarburos. La cantidad de
hidrocarburos que puede estar presentes en los Shale depende
en
general de la cantidad y grado de madurez de la materia
orgnica
contenida en la roca6.
5 BUGAILISKIS, A. ROZENTAL, A. Canad entre las naciones
2011/2012.
Mc Gill Queens universitypress
2012.http://dev.ctpl.thejibe.com/sites/default/files/Canada_entre_las_Naciones_2011-2012.pdf.
6 VARGAS, C. A. Evaluating total Yet-to-Find hydrocarbon volume
in
Colombia. Earth Sci. Res. J., Vol.16, Special Issue (April,
2012): 1246
En general, los yacimientos no convencionales son complejos y
sus
caractersticas fsicas como la permeabilidad en la matriz, su
mayor
heterogeneidad y su porcentaje de contenido de materia
orgnica
(TOC) dan como resultados unas altas tasas de produccin inicial
y
pequeas reas de drenaje en el pozo, lo que hace que los
yacimientos de Shale Gas sean difciles de producir en forma
rentable,
ya que requieren un gran nmero de fracturas y su exploracin
y
posterior fracturamiento hidrulico dependen de los avances
tecnolgicos y de una mayor eficiencia operativa en la
interpretacin
ssmica, perforacin, completamiento del pozo y manejo adecuado
del
fracturamiento hidrulico con respecto a los fluidos de
trabajo.
Litologa.
El trmino Shale es usado libremente aunque no describe la
estricta
litologa de los yacimientos. Las variaciones litolgicas en
los
yacimientos estudiados en Amrica del Norte indican que el
gas
natural no slo se aloja en lutitas sino que comprende, tambin,
un
amplio espectro de litologas y texturas, desde fangos
calcreos
(mudstone) a limolitas y areniscas de grano fino, es decir,
rocas de
naturaleza silcea o carbontica.
La presencia de mltiples tipos de roca ricas en materia
orgnica
implica que hay tambin mltiples mecanismos para el
almacenamiento del gas. As el mismo, puede estar adsorbido en
la
materia orgnica y almacenado como gas libre en micro poros y
macro poros.
La variedad de tipos de roca observados en Shale, ricas en
materia
orgnica implica la presencia de un rango de diferentes tipos
de
yacimientos de Shale Gas. Cada yacimiento puede tener
caractersticas geoqumicas y geolgicas distintivas y requerir
diferentes mtodos de perforacin, terminacin, produccin y
evaluacin de recursos y reservas, como lo indica la experiencia
de
aproximadamente los ltimos 20 aos en USA y Canad. Adems, no
hay que olvidar que los Shale siguen teniendo potencial como
rocas
sello y no todos los Shale tienen que ser necesariamente
rocas
reservorio.
En todos los casos es esencial tener un acabado conocimiento de
los
atributos geoqumicos, petrogrficos y geolgicos fundamentales
del
Shale, para la valorizacin del recurso, su explotacin,
desarrollo y
manejo ambiental.
Figura 3.Estructura Geolgica de un yacimiento tipo shale.
Caractersticas de los shale.
-
Poseen baja permeabilidad y una alta sensibilidad al agua.
Los
pequeos dimetros de poro explican por qu los Shale se
consideran frecuentemente impermeables. La permeabilidad
puede oscilar entre 10- 6 y 10- 12 D, pero se encuentra por
lo
general en el orden de los nanodarcies (10- 9 D).
Tamao de poro [1-10] nanmetros de los Shale tambin es muy
pequeo, oscila entre 1 y 10 nm. En consecuencia, los
mecanismos de transporte, tanto hacia dentro como hacia
fuera
de la formacin, son muy lentos. Adicionalmente, no puede
formarse un revoque sobre las paredes del pozo.
La porosidad total de los Shale disminuye con la compactacin
(profundidad), al igual que sucede con otras rocas7.
Recuperacin:
La recuperacin en un yacimiento de Shale Gas es, en general,
menor que en los yacimientos convencionales, con valores
comprendidos entre 5% y 20%, a diferencia de los segundos
que
alcanzan valores entre 50% y 90%.
Sin embargo, en algunos casos, la recuperacin es bastante
mayor,
tal como ocurre en las Antrim Shale, que presentan fracturas
naturales
y que tienen un factor de recuperacin del orden de 50% a 60%. En
el
caso de la Haynesville Shale, en Louisiana, se alcanzan valores
de
hasta el 30%
No todas las lutitas son capaces de sostener una produccin
econmica de gas.
En particular, estas rocas se caracterizan por su baja
permeabilidad
que les da su capacidad de constituir sellos para los
yacimientos
convencionales. En tal sentido, el parmetro ms importante
que
influye en una produccin sustentable de gas en Shale es la
permeabilidad de la matriz.
Para sostener la produccin inicial, el gas debe fluir de la
matriz hacia
fracturas naturales o inducidas. Generalmente, cuanto mayor sea
la
permeabilidad de la matriz ms va a facilitar la difusin del gas
hacia
las fracturas, posibilitando un elevado flujo hacia la tubera
de
produccin. Las microfracturas suelen tener importancia en la
produccin, aunque no son fciles de determinar.
Shale en Colombia.
Algunas de las formaciones presentes en las cuencas Valle Medio
del
Magdalena (Rosablanca, Paja, Tablazo, Simit, La Luna y
Umir),
Cesar Ranchera (Lagunitas, Aguas Blancas, Laja La Luna y
Molino) y Catatumbo (Tib, Mercedes, Aguardiente, Capacho, La
Luna, Coln, Mito - Juan), depositadas durante el Cretcico y
asociadas a eventos que afectaron su enriquecimiento en
material
orgnico, son consideradas como las fuentes de hidrocarburos
ms
prolficas del pas e incluso del mundo.
Entre las rocas generadoras ms frtiles del Valle Medio del
Magdalena estn las de la Formaciones la Luna, Simit y Tablazo.
En
promedio stas presentan un TOC 3,5% y un Ro de 0,9%.
7SNCHEZ, E.GRATEROL, L. SUREZ, J. Metodologa de seleccin de
parmetros ptimos de perforacin de formaciones lutticas para
estabilidad
de hoyo. parte I. PDVSA
Para la cuenca Cesar - Ranchera, las formaciones que entraron
a
fase de generacin son Molino, Laja - La Luna, Lagunitas y
Aguas
Blancas. stas presentan un TOC promedio entre 1% y 1,4%.
En la cuenca del Catatumbo la principal fuente es la Formacin
la
Luna, la cual presenta un TOC que vara entre 1,5% y 9,6%,
y espesores promedio de 200 ft (Agencia Nacional de
Hidrocarburos,
2007).8
Tight Gas.
Se conoce como gas en arenas compactas (Tight Gas) al gas
natural
presente en yacimientos de baja porosidad y baja permeabilidad.
La
baja permeabilidad se debe a la fina naturaleza de los
sedimentos y a
la compactacin de los mismos.
Este es un gas que est atrapado en una formacin subterrnea
muy
apretada, usualmente impermeable, rocas compactas duras o en
una
formacin de arenisca o piedra caliza que es usualmente
impermeable
y no poroso (arena apretada).
Muchas de estas areniscas apretadas se encuentran entre 11 mil y
13
mil pies de profundidad y en ciertos lugares en Estados Unidos
se han
hallado a 17 mil pies, lo cual ha representado un reto
tecnolgico. En
cuanto al espesor se han reportado que varan entre 1500 a
3500
pies9
Los yacimientos de Tight Gas se encuentran en formaciones
cuya
permeabilidad est por debajo de 0.1 mD, generalmente
alcanzan
valores de nanoDarcy. Ocurre todo lo contrario que con el gas
natural
de roca porosa, que fluye espontneamente desde el pozo hasta
la
superficie. El Tight Gas se encuentra en arenas compactas,
profundas, sin permeabilidad, en donde no tiene utilidad crear
un
diferencial de presin para que el gas salga de la roca
circundante. Se
extrae mediante fracturamiento hidrulico y pozos horizontales,
como
el Shale Gas.
Resea Histrica.
La primera produccin de Tight Gas fue realizada en el oeste
de
Estados Unidos, en la formacin sedimentaria San Juan a
principios
de la dcada del setenta, impulsada principalmente por la
tecnologa
de fracturamiento hidrulico. En la actualidad se encuentran
en
produccin en Estados Unidos ms de 40.000 pozos en
aproximadamente 1.600 yacimientos en 900 campos gasferos, de
los
cuales algunos se encuentran todava en proceso de prueba, con
un
razonable xito en su produccin.10
Continuidad del yacimiento11
.
Uno de los parmetros ms difciles de evaluar en este tipo de
yacimientos es el tamao y la forma del rea de drenaje. En
los
yacimientos apretados, meses o aos de produccin se requieren
8 VARGAS, C. A. Evaluating total Yet-to-Find hydrocarbon volume
in
Colombia.Earth Sci. Res. J., Vol.16, Special Issue (April,
2012): 1246. 9 29GMEZ Noris. Gas Natural No Convencional camino a
la independencia energtica- Primera parte 10Gas Natural No
Convencional camino a la independencia energtica- Primera parte -
Noris Gmez 11 HOLDITCH, Stephen A.SPE, Tight Gas Sands". Journal of
Petroleum Technology (junio de 2006)
-
normalmente antes de que la presin se vea afectada por los
lmites
del yacimiento o fenmenos de interferencia.
Para hacer una posible estimacin de reservas es importante
conocer
el rea de drenaje del yacimiento. El conocimiento acerca del
sistema
deposicional y los efectos de la diagnesis en la roca permiten
estimar
el tamao y la forma del rea de drenaje. Los volmenes de
drenaje
pueden ser causados probablemente por las tendencias
deposicionales y la orientacin de las fracturas hidrulicas.
En yacimientos apretados de gas, el rea de drenaje promedio
depende en gran medida del nmero de pozos perforados, la
cantidad
de fluido bombeado al pozo durante el fracturamiento hidrulico y
el
tiempo.
En yacimientos de Tight Gas compartamentalizados o lenticulares,
el
rea de drenaje promedio es probablemente una funcin del
tamao
promedio del compartimiento o los lentes de arena y puede no ser
una fuerte funcin del tamao del tratamiento de fracturamiento.
Propiedades Petrofsicas12
.
Un yacimiento de arenas compactas (Tight Gas) se encuentra
en
formaciones de areniscas (o calizas) de baja permeabilidad y
baja
porosidad cuya roca matriz se caracteriza por tener:
Permeabilidad
-
Propiedades petrofsicas.
Los principales datos utilizados para los anlisis petrofsicos de
las
formaciones de lutitas son los mismos que los utilizados para
los
anlisis de yacimientos convencionales: rayos gamma, resistividad
y
datos acsticos; con el agregado de datos de espectroscopia
de
captura de neutrones.
De la misma manera que los pozos convencionales de petrleo y
gas
tienen indicadores de produccin, las lutitas con potencial de
producir
hidrocarburos muestran caractersticas especficas que las
diferencian de las lutitas con poco o ningn potencial
14.
Una de las propiedades ms difciles de cuantificar cuando se
caracteriza a las lutitas es la permeabilidad al gas, la cual
puede variar
de 0,001 a 0,0000001 mD. La permeabilidad es una funcin de
la
porosidad efectiva, la saturacin de hidrocarburo y de la
mineraloga.
Los yacimientos convencionales tienen permeabilidades de
cientos
de milidarcies, varios rdenes de magnitud ms que las
observadas
en las lutitas. La permeabilidad de las rocas convencionales se
mide
forzando un fluido a pasar a travs de los ncleos y midiendo
el
volumen y la velocidad de los fluidos a medida que pasan a travs
de
la muestra.
La permeabilidad del yacimiento tambin puede ser estimada
mediante pruebas de inyeccin de nitrgeno de corta duracin y
el
subsiguiente anlisis de cada de presin. Estas pruebas
proporcionan
la permeabilidad del sistema y toman en cuenta no slo la
permeabilidad de la matriz sino tambin la influencia de las
fracturas
naturales.
Minera y procesamiento.
Para la recuperacin de los hidrocarburos no convencionales se
debe
hacer uso de tecnologas diferentes a las usadas para la
extraccin de
petrleo o gas natural convencionales, que se encuentran en
cavernas
o arenas permeables de donde es relativamente fcil sacarlos y
a
veces, surgen de modo espontneo.
La pizarra bituminosa puede ser extrada mediante un proceso
minero,
que puede ser: la minera subterrnea utilizando el mtodo de
la
habitacin y pilares o minera a cielo abierto.
La lutita, que contiene alrededor de 50 capas de sedimentos
marinos
someros ricos en materia orgnica alternados con caliza
biomicrtica,
es explotada con minas a cielo abierto a profundidades de hasta
20 m.
En los lugares en que la lutita se encuentra sepultada a ms
profundidad, a 70 m [230 pies], se accede mediante minas
subterrneas. Aproximadamente unas tres cuartas partes de la
roca
explotada suministran combustible.
Hasta la fecha, casi todo el petrleo extrado de las lutitas
petrolferas
de todo el mundo provino de rocas explotadas y luego procesadas
en
instalaciones de superficie.
14
http://www.osinerg.gob.pe/newweb/uploads/Estudios_Economicos/ESQUI
STOS_BITUMINOSOS
https://www.slb.com/~/media/Files/resources/oilfield_review/spanish10/win1
0/01_extraccion.pdf
Hidratos de Gas.
Los hidratos de gas son slidos cristalinos compuestos de una
molcula de gas rodeada por molculas de agua, estos se forman
a
condiciones de altas presiones y bajas temperaturas. Normalmente
se
encuentran en el espacio poroso de los sedimentos y
consiguen
formar cemento, ndulos, venas o capas. Los Hidratos de Gas
pueden
contener en su estructura diferentes tipos de gases (dixido
de
carbono, nitrgeno, y sulfuro de hidrogeno, entre otros), pero
la
mayora de los Hidratos de Gas natural consisten principalmente
de
metano.
Con condiciones favorables de presin y temperatura y la
disponibilidad de metano libre y agua, los hidratos de gas se
pueden
formar y permanecer estables15
Estructura:
Estructuralmente un hidrato se forma cuando los intersticios
entre molculas de agua lquida son ocupados por molculas de gas;
del
tamao del intersticio depende el tamao de la molcula de gas
que
entra a ocuparlo. Experimentalmente se haba encontrado que
molculas de hidrocarburo con cinco o ms tomos de carbono no
formaban hidratos por causa de su tamao.
Propiedades Petrofsicas.
Por lo general a los HGN se les conoce como hidratos de metano.
Los
HGN se forman cuando el gas natural es puesto en contacto con
agua
a bajas temperaturas y altas presiones. Los Hidratos se forman
en la
interface gas-lquido, las molculas de hidrocarburos
comnmente
formadoras de hidratos se encuentran en el rango: metano hasta
i-
pentano, siendo el metano el ms comn.
Densidad: Una de las principales caractersticas es la densidad
de los Hidratos, la cual depende del tipo de
estructura, composicin, presin y temperatura. Makogon83
obtuvo dos correlaciones para calcular la densidad de los
hidratos, las cuales producen buenos resultados para
rangos de operacin especficos; para utilizar las
correlaciones es necesario conocer el tipo de estructura, la
relacin de llenado de las cavidades, el peso molecular de
los componentes formadores, el volumen especfico del
agua en estado de Hidratos, entre otros.
Propiedades Electricas: Son importantes para conocer los
resultados de las interpretaciones de registros elctricos
corridos durante la perforacin de rocas saturadas por
Hidratos de Gas y para el control de procesos de formacin
y descomposicin de Hidratos mediante la aplicacin directa
de campos elctricos. Makogon y colaboradores (1974),
durante experimentos realizados a rocas saturadas de
Hidrato, notaron que a medida que avanza el proceso de
formacin de Hidratos y acumulacin en corazones, haba
un incremento notable en la resistividad elctrica de stos.
Capacidad Calorfica: Es uno de los principales parmetros
termodinmicos que determinan las
aplicaciones tecnolgicas de su acumulacin,
descomposicin y caractersticas estructurales. La
15 VARGAS, C. A. Evaluating total Yet-to-Find hydrocarbon volume
in
Colombia. Earth Sci. Res. J., Vol.16, Special Issue (April,
2012): 1246.
-
capacidad calorfica de los Hidratos depende de la
composicin, la estructura, la presin y la temperatura.
Conductividad Trmica: Esta propiedad es importante
durante el desarrollo de mtodos de tratamiento trmico de
los Hidratos para la produccin de gas de este tipo de
yacimientos; para la remocin de hidratos en los sistemas
tecnolgicos de produccin, transporte y procesamiento de
gas y para las predicciones climticas.
Hidratos de Gas en Colombia.
Los clculos de reservas de gas de la cuenca Colombia fueron
realizados por Gmez y Len (Recuperacin de gas metano en
yacimientos de Hidratos de Gas en la cuenca Colombia como
futura
fuente de energa), de forma general y aproximada debido a la
falta de
perforaciones exploratorias que permitan tener un claro
conocimiento
de la geologa y propiedades de la roca (porosidad,
permeabilidad,
saturaciones) en la regin.
El clculo de reservas se realiz con el objetivo de estimar el
potencial
de la zona (de posible presencia de Hidratos) como fuente de
gas, la
porosidad utilizada fue obtenida de pozos perforados por el ODP
en
inmediaciones de la zona de estudio, la saturacin de
hidratos
utilizada fue del 30% debido a que se ha determinado que es
la
saturacin mnima necesaria para que el BSR (Reflector Simulador
de
Fondo Bottom Simulating Reflector BSR) sea evidente. Gmez y
Len realizaron tres estimativos de reservas considerando que
los
Hidratos se pueden extender desde la base detectada con el
BSR
hasta el fondo marino (panorama optimista); segn algunos
investigadores, el espesor de la zona de Hidratos es afectado
por la
geologa del rea y en la mayora de los casos el espesor no se
extiende hasta el fondo marino, por lo tanto, se tom un espesor
igual
a la mitad del espesor entre el BSR y el fondo marino
(panorama
medio); y un espesor constante 50 m (panorama pesimista).
Teniendo en cuenta la dificultad para delimitar un rea
especfica, las
reservas de gas fueron estimadas por unidad de rea (Km2) las
estimaciones reportadas oscilan entre 300 y 500 GPCS/km2 para
el
panorama optimista, de 150 a 250 GPCS/km2 para el panorama
intermedio y para el panorama bajo se estimaron reservas de
28.91
GPCS/km2
Adems de las reservas de gas en forma de Hidratos, es
importante
tener en cuenta que en la mayora de los casos se encuentra
atrapado
gas libre o petrleo bajo la capa de Hidratos16
Para un total de 1.360 billones de barriles, subdivididos en 29
bloques
de 500 km cada uno aproximadamente, teniendo un potencial an
mayor de produccin si se explorase en su totalidad y
confirmase
todas las investigaciones recientes hechas sobre esta zona de
relativa
importancia en la produccin petrolfera actual y futura.
Gas asociado a mantos de carbn.
El carbn es una de las fuentes de energa ms conocidas del mundo.
Durante el proceso de formacin del carbn, llamado carbonificacin,
se genera metano y otros productos como agua y dixido de carbn.
16VARGAS, C. A. Evaluating total Yet-to-Find hydrocarbon volume
in
Colombia.Earth Sci. Res. J., Vol.16, Special Issue (April,
2012): 1246.
Una vez se forma, el metano es almacenado en el carbn como una
capa mono-molecular, absorbidos por las superficies internas de la
matriz del carbn. La extraccin del gas presente en el carbn
requiere de la desacuatizacin del mismo para reducir la presin, y
permitir la liberacin de las especies moleculares ms mviles que
incluyen mezclas de metano y etano (algunas trazas de N2, CO2,
entre otros). La evaluacin de los yacimientos y pozos GMC (Gas en
Mantos de Carbn) difiere de la de los pozos productores de petrleo
y gas convencionales. La bsqueda de reservas convencionales
conlleva a la identificacin de las rocas generadoras infrayacentes
a las rocas de yacimientos permeables, que poseen un volumen de
almacenamiento suficiente (porosidad) para contener cantidades
comerciales de hidrocarburos. Un sello retiene los hidrocarburos en
la roca yacimiento permeable.
Por el contrario, los carbones constituyen la roca generadora,
la
trampa y el medio de almacenamiento, por lo que debe adoptarse
un
enfoque diferente para evaluarlos como yacimientos de gas.
Figura 5.Yacimiento de gas asociado a mantos de carbn.
El Gas Asociado al Carbn GMC son trminos utilizados para
denominar el gas metano y otros gases generados y acumulados
por
el carbn durante el proceso de carbonificacin o maduracin de
la
materia orgnica.
El GMC es gas natural que contiene prcticamente 100% de
metano
(CH4) y es producido desde los mantos en yacimientos de carbn.
El
GMC es producido a menudo desde mantos de poca profundidad
junto con grandes volmenes de agua de calidad variable. El GMC
es
gas natural generado y almacenado en vetas de carbn. Se
produce
mediante pozos que permiten que el gas y el agua fluyan a la
superficie.
Los mantos de carbn poseen una capacidad de almacenamiento
de
metano superior a la de los yacimientos convencionales de gas
y
adems es ms fcil determinar la cantidad de gas acumulado en
el
carbn que en la mayora de los yacimientos convencionales.
Para que la produccin de gas en los mantos de carbn sea
econmicamente rentable estos deben tener cantidades suficientes
de
gas adsorbido, suficiente presin para un adecuado
almacenaje,
permeabilidad para producir el gas y tiempo de desorcin.
-
Propiedades Petrofsicas.
Porosidad:
El carbn se caracteriza por poseer doble porosidad, que consiste
en
un sistema de macroporos (porosidad secundaria) y uno de
microporos (porosidad primaria). El gas en los yacimientos de
Gas
Asociado a Carbn (GAC) se almacena en los microporos y en
planos
de discontinuidad interna del carbn.
Primaria: es aquella que se desarrolla u origina en el momento
de la formacin de los mantos y comprende solo
el espacio poroso de la matriz. Tiene capacidad de absorber
gran cantidad de gas pero contribuye poco a la
permeabilidad. Se estima que posee un dimetro de
mximo 20 Angstrom y se encuentra en la matriz del
carbn.
Secundaria: o por fracturas naturales, grietas y fisuras
denominadas cleats; esta es la que ms contribuye a la
permeabilidad.El sistema macroporos, est compuesto por
un sistema de fracturas ortogonales o diaclasas. Las
diaclasas primarias (diaclasas frontales o facecleats) en
general son perpendiculares a las diaclasas secundarias
(diaclasas interpuestas o buttcleats). Las diaclasas
frontales
son continuas y proveen conectividad, mientras que las
diaclasas interpuestas no son continuas y terminan en las
diaclasas frontales. El alcance de las diaclasas, puede ser
estimado mediante el anlisis de ncleos o mediante la
interpretacin de imgenes de la pared del pozo17
.
El sistema de doble porosidad para yacimientos de Gas Asociado
al
Carbn, se ilustra en la figura
Figura 6. Sistema de doble porosidad.
Permeabilidad en yacimientos GAC.
Para obtener caudales de gas econmicamente viables, es
necesario
tener una suficiente permeabilidad del carbn. La mayor parte del
gas
y el agua fluye a travs del sistema de fracturas (cleats) en el
carbn y
otras fracturas. Las fracturas a escalas ms grandes, pueden
afectar
en qu direccin se tiene la mayor permeabilidad.
El sistema de fracturas, usualmente est en la direccin de
las
fracturas frontales (facecleats) donde el flujo a travs de
estas, es
mucho ms rpido que en las fracturas interpuestas (buttcleats) y
esto
17RUEDA Luz Adriana, MENDIVELSO Monica; Tesis de grado: Estudio
comparativo de las ecuaciones de balance de materia para
yacimientos de gas
asociado a mantos de carbn empleando un modelo de simulacin
numrica,
2011.
es lo que da lugar a la anisotropa de permeabilidad en este tipo
de
yacimientos. Por lo tanto, la permeabilidad es muchas veces
direccional. La permeabilidad horizontal, es mayor que la
permeabilidad vertical
El espaciamiento entre fracturas (cleats) es un parmetro que
influye
mucho en la permeabilidad del carbn. Este est relacionado con
el
rango, composicin, petrografa, contenido de material
mineral,
espesor del manto y el historial tectnico.
La mayora de los carbones medios y bajos voltiles tienen
buena
permeabilidad si las fracturas estn abiertas; la permeabilidad
puede
ser baja o nula en semiantracitas y antracitas debido a la
destruccin
de las cleats. Los rellenos minerales en las cleats, tambin
pueden
conducir a baja permeabilidad.
Si una gran parte de las cleats, estn llenas, la permeabilidad
absoluta
puede ser extremadamente baja, como es el caso de partes de
la
cuenca Bowen en Australia y partes occidentales de la cuenca
Black
Warrior en Alabama. Los minerales comunes en cleats son
calcita,
pirita, yeso, caolinita e illita. La permeabilidad puede ser
evaluada
mediante pruebas de presin como falloff test, slug test y de
interferencia
Permeabilidad Relativa.
Las tasas de flujo de gas y agua a travs del yacimiento son
proporcionales a la permeabilidad efectiva de cada una de las
fases.
En los yacimientos GAC, la permeabilidad absoluta a una
saturacin
de la fase mojante de 1,0 debera utilizarse porque el sistema
de
fracturas naturales del carbn suele estar altamente saturado de
agua
en las condiciones iniciales.
La permeabilidad relativa es un parmetro primordial en la
determinacin de las caractersticas de produccin de un
yacimiento
GAC debido a que el flujo de gas y agua en los sistemas de
fracturas
es controlado principalmente por la permeabilidad relativa. Por
lo
tanto, una estimacin adecuada de las caractersticas de
permeabilidad relativa de los mantos de carbn es necesaria
para
entender correctamente el comportamiento del yacimiento. Los
datos
de permeabilidad relativa en los yacimientos GAC pueden ser
obtenidos por alguno de los siguientes mtodos:
Laboratorio basado en investigaciones de permeabilidad
relativa
Pruebas de transiente de presin de pozo
Simulacin basada en curvas de permeabilidad relativa18
Estimulacin por Fracturamiento para los yacimientos GAC
La conexin de la red de fracturas naturales con el pozo
proporciona un conducto a travs del cual se produce agua y gas. Los
tratamientos apuntalados de fracturamiento hidrulico de las capas
de carbn han resultado exitosos en lo que respecta a la estimulacin
de la produccin, pero los pozos en general demostraron un desempeo
inferior al de los pozos que producen de yacimientos de arenisca
estimulados por fracturamiento
19
18 RUEDA Luz Adriana, MENDIVELSO Monica; Tesis de grado:
Estudio
comparativo de las ecuaciones de balance de materia para
yacimientos de gas
asociado a mantos de carbn empleando un modelo de simulacin
numrica, 2011. 19 OLSEN, T, N.BRENIZE G. FRENZEL, T: Improvement
Processes for Coalbed Natural Gas Completion and Stimulation,
artculo SPE 84122,
-
Conclusiones.
La diferencia entre un yacimiento de hidrocarburos (petrleo
y gas) no convencionales y los convencionales radica en
que los no convencionales contienen hidrocarburos que se
encuentran en unas condiciones geolgicas que no
permiten el movimiento del fluido, ya sea por estar atrapado
en rocas poco permeables o por tratarse de petrleos de
muy alta viscosidad.
Por lo tanto, la escala de la operacin industrial requerida
para la extraccin de hidrocarburos en yacimientos no
convencionales es mayor que la que tradicionalmente se
utiliza en los yacimientos convencionales.
En los yacimientos de hidrocarburos convencionales se estima que
se requieren menos de un pozo por 10 km2. En
los yacimientos de no convencionales se estima que sea
ms de un pozo por km2. Esto quiere decir que la huella
ambiental puede ser mayor por la infraestructura requerida y
las actividades asociadas como el transporte de materiales.
Se deben considerar las reas que se van a intervenir para
minimizar impactos en la poblacin local, ecosistemas
sensibles, infraestructura y vas de acceso y en el uso el
suelo.
Los yacimientos de hidrocarburos no convencionales
representan el nuevo desafo para la industria petrolera. Si
bien existen muy buenas oportunidades para la explotacin
de estos yacimientos, an no se conoce cules sern los
volmenes de produccin de este tipo de hidrocarburo.
El desarrollo de yacimientos no convencionales implica la
implementacin de nuevas metodologas que permitan la
prospeccin y desarrollo de este tipo de recursos partiendo
de las posibles reservas disponibles y del costo que tiene
producirlas
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