Instituto Tecnológico Superior de Las Choapas Presenta: Alejandro de Jesús Torres Pérez Docente: Jesus Alfredo Hernández Zapién Materia: Fundamentos de ingeniera petrolera Las Choapas ver, a 8 de abril del 2019 Introducción Ingeniera de yacimientos es una ciencia que aplica los conocimientos científicos en la explotación de los yacimientos de hidrocarburos, la cual busca obtener su máxima recuperación al menor costo posible, utilizando diferentes tipos de mecanismos o métodos que faciliten la extracción del hidrocarburo del yacimiento. El yacimiento cuenta con un sistema petrolero compuesto por gas, aceite y agua, los cuales se encuentran a diferentes presiones debido a su densidad, viscosidad, compresibilidad, a los cuales están confinados. Al iniciar la producción o explotación del hidrocarburo se debe mantener una presión estable a tal manera que cuando se produzca un barril de aceite este sea remplazado por un barril de agua en el yacimiento, esto permitirá a la roca y a los fluidos contenidos en el yacimiento la expansión, provocando entonces la invasión del agua contenida en los acuíferos al yacimiento. El empuje hidráulico será uno de los mecanismos generados dada a la extracción del hidrocarburo lo cual provocara comportamientos el flujo de fluidos y variaciones de presiones, las cuales llegan a generar obstrucciones en el fujo de estos, para lo cual es necesario la aplicación de distintos métodos que eliminen estas restricciones. La aplicación de la ingeniería permite la obtención de datos mas precisos del yacimiento lo cual genera una mejor planificación para el desarrollo del campo a explotar, así como un estimado mas preciso del volumen de hidrocarburos y cuáles serán las técnicas mas viables para las etapas posteriores de recuperación al finalizar la vida de producción del yacimiento. Clasificación del flujo de fluidos. Los sistemas de flujo en el yacimiento se clasifican de acuerdo con el tipo de fluido, los regímenes de flujo y la geometría de flujo. Tipos de fluidos. Para identificar los fluidos del yacimiento se toma en cuenta el coeficiente de compresibilidad isotérmica. En general, desde ese punto de vista, los fluidos se clasifican en tres grupos: Fluidos incompresibles Fluidos ligeramente compresibles Fluidos compresibles El coeficiente de compresibilidad isotérmica c, se describe matemáticamente por las siguientes expresiones: En términos de volumen de fluido: En términos de la densidad de fluido: donde 𝑣 𝑦 𝜌 son el volumen y la densidad del fluido, respectivamente. Fluidos incompresibles. Un fluido incompresible es aquél cuyo volumen (o densidad) no cambia con la presión, esto es: En realidad, el fluido incompresible no existe; sin embargo, este comportamiento se supone en muchos casos debido a que se simplifica la deducción y la forma final de muchas ecuaciones de flujo, y es suficientemente exacto para muchos propósitos prácticos. Fluidos ligeramente compresibles. Un fluido ligeramente compresible es aquél cuyo cambio de volumen debido a la presión (o densidad) es bastante reducido. Conociendo el volumen 𝑣𝑖 de un liquido ligeramente compresible a una determinada presión de referencia 𝑝𝑖 , los cambios en su comportamiento volumétrico pueden describirse matemáticamente integrando la ecuación para obtener la siguiente expresión: donde 𝑝 es la presión, lpca; v, el volumen a la presión 𝑝, 𝑝𝑖𝑒 3 ; 𝑝𝑖 , la presión inicial (referencia), lpca; y 𝑣𝑖 , el volumen del fluido en las condiciones de referencia, 𝑝𝑖𝑒 3 . Fluidos compresibles. Son los fluidos que experimentan un gran cambio de volumen debido a la presión. Todos los gases se consideran compresibles. Relación presión-volumen para diferentes Densidad del fluido en función de presión tipos de fluidos. para diferentes tipos de fluidos. Regímenes de flujo. De acuerdo con la variación de una propiedad con el tiempo existen principalmente tres regímenes de flujo: Flujo estable Flujo inestable Flujo pseudoestable Flujo estable. Se caracteriza por que la presión del yacimiento no cambia con el tiempo en un punto dado e indica que cada unidad de masa retirada está siendo reemplazada por una misma cantidad que se adiciona al sistema. Esté toma lugar con yacimientos con empuje de agua o capa de gas. Además, puede aplicarse sin un margen de error significativo en las zonas aledañas. El flujo inestable presenta variaciones en la presión con el tiempo y el flujo pseudoestable es un flujo inestable que se puede considerar temporalmente estable. Distribución de presión y gasto para flujo estable. Flujo inestable. El pozo se somete a producción a condiciones de presión de fondo constante, es decir, que si se desea mantener este valor se debe variar el gasto de flujo inicialmente la presión avanzada dentro del yacimiento y drena una cantidad determinada de fluidos., más allá de ese punto no existe movimiento de fluido. A medida que la presión avanza, el movimiento de fluido es más interno, aunque menor dentro del yacimiento. Una vez que la presión llega a la frontera no existe un soporte para sostener la presión y esta debe caer a otro punto de modo que se mantenga la presión del pozo constante, dicha caída de presión en la frontera hace que cada vez el caudal en el pozo sea haga menor. Distribución de la presión y gasto para flujo transitorio con una presión de pozo constante. Flujo pseudoestable. El estado pseudoestable es un caso especial del estado inestable. El estado estable se da cuando se toca la frontera y un barril de aceite se reemplaza por uno de agua, si los factores volumétricos son 𝑞 = 1. El flujo en estado pseudoestable es causado por la expansión del fluido. Para que haya expansión tiene que haber una caída de presión mientras que la presión no afecte la frontera en comportamiento es infinito. Todos los yacimientos tienen ese comportamiento. En el estado pseudoestable el caudal en el fondo del pozo se mantiene constante. Lo que indica que para que esto ocurra tiene que haber líneas de presión paralelas; el principio es similar al estado instable, pero cuando la presión afecta la frontera en todo el yacimiento 𝑑𝑝 𝑑𝑡 es el mismo y se obtienen líneas paralelas. Matemáticamente 𝑑𝑝 𝑑𝑡 es constante y entonces el gasto será constante hasta que la presión del fondo fluyente no se puede mantener. Distribución de presión y gasto para un sistema bajo condiciones de flujo pseudoestable. Geometría del flujo en el yacimiento. La forma de un yacimiento tiene un efecto significativo en el comportamiento del flujo. Muchos yacimientos tienen fronteras irregulares, y una rigurosa descripción matemática de la geometría solo puede ser posible con el uso de simuladores numéricos. Sin embargo, para muchos propósitos de la ingeniería, la geometría real del flujo puede ser representada por alguna de las siguientes geometrías de flujo. Flujo radial Flujo lineal Flujo esférico y hemisférico Flujo radial En los yacimientos en los cuales no hay heterogeneidades muy marcadas, el flujo dentro o lejos del pozo sigue unas líneas de flujo radial desde una considerable distancia del pozo. Debido a que los fluidos se mueven hacia el pozo desde todas las direcciones y convergen en el pozo, se dice que se presenta una geometría de flujo del tipo radial. La Figura 4 muestra las líneas de flujo idealizadas y las líneas iso-potenciales para un sistema de flujo radial. Fig. 4. Vista en planta y lateral de la geometría del flujo radial. Flujo lineal El flujo lineal ocurre cuando las trayectorias de flujo son paralelas y los fluidos fluyen en una misma dirección. Además, para fluir, el área de la sección transversal debe ser constante. La Figura 5 muestra un sistema ideal de flujo lineal, con una dirección del punto P1 al punto P2, con un área transversal constante “A”. Una aplicación común de las ecuaciones de flujo lineal es usada en las fracturas hidráulicas como se muestra en la Figura 6. Fig.5. Geometría de flujo lineal ideal. Fig.6. Geometría ideal de flujo lineal en fracturas Flujo esférico y hemisférico Dependiendo del tipo de configuración de la terminación del pozo, es posible tener una geometría de flujo esférica o hemisférica cerca del pozo. Un pozo con un intervalo limitado disparado podría resultar en un flujo esférico en la vecindad de los disparos como se muestra en la Figura 7-a. Un pozo que solo penetra parcialmente la zona productiva, como se muestra en la Figura 7-b, podría resultar en un flujo hemisférico. Fig.7. Geometría de flujo esférico y flujo hemisférico de acuerdo al tipo de terminación en el pozo.
