SIMULADORES NÚMERICOS DE YACIMIENTOS •CLASIFICACIÓN DE SIMULADORES NÚMERICOS •BENEFICIOS ECONOMICOS DE LA SIMULACION NÚMERICA DE YACIMIENTOS JOSSEMY ALEXANDRINI ROSADO DEL ANGEL CLASIFICACIÓN DE LOS SIMULADORES • Se presenta una clasificación general de simuladores y fue construida de manera que en ella aparezcan todos los posibles trabajos de simulación que se puedan efectuar. Con el objeto de explicar las características de los diferentes tipos de modelos que existen y los trabajos de simulación que pueden realizarse con ellos, se definen en la Figura los siguientes seis "parámetros de selección TIPO DE YACIMIENTO • En forma general, dependiendo de características físicas producto de la mecánica de las rocas de los yacimientos, estos se pueden dividir en dos grupos: yacimientos no fracturados y yacimientos fracturados. Este último grupo representa el de mayor grado de dificultad, debido a que las fracturas representan canales de flujo que modifican el comportamiento de los fluidos a través del medio poroso. NIVEL DE SIMULACIÓN Los estudios de simulación pueden realizarse a los siguientes niveles: a) Estudios de un pozo b) Región del yacimiento c) Escala completa del yacimiento Según se comento antes con relación a la figura. 1., los estudios de simulación en pozos individuales serian más sencillos que los estudios de simulación en un determinado sector del yacimiento y más aun que los es alizados a lo largo de todo el yacimiento; sin embargo, se debe comentar que existen estudios de simulación para un solo pozo con un grado de dificultad muy elevado. Más adelante se verá la finalidad que se persigue al utilizar cada uno de estos niveles de simulación. TIPO DE SIMULACIÓN Antes se ha determinado ya el nivel de simulación y el tipo de yacimiento en el cual se efectuara esta. Si se analiza la figura , se observara que los diferentes tipos de simuladores pueden dividirse en dos grupos. 1. Los que se definen según el tipo de hidrocarburos que contiene el yacimiento. Simuladores de gas Simuladores de aceite negro Simuladores geotérmicos Simuladores de aceite volátil Simuladores de gas y condensado 2. Los que se utilizan en procesos de recuperación mejorada. Simuladores de inyección de químicos Simuladores de inyección de miscibles. Simuladores de recuperación térmica Los que se definen según el tipo de hidrocarburos que contiene el yacimiento. SIMULACIÓN DE GAS • Volumen de gas inicial • Gasto de producción • Distribución de presiones . SIMULADOR GEOTÉRMICO Existen yacimientos cuya energía calorífica se emplea para la generación de energía eléctrica. Aunque esto no tiene al parecer ninguna conexión con la industria petrolera, un modelo que se utilice en este tipo de estudios no puede quedar al margen de una clasificación general de simuladores, de ahí la razón por lo que se mencionan. SIMULACIÓN DE ACEITE NEGRO a) Espaciamiento y arreglo de pozos. b) Intervalos disparados. c) Conificación del gas y/o el agua como función del gasto de producción d) Gasto de producción. e) Mecanismo de entrada de agua mediante inyección de la misma y estimar la conveniencia de inyectar por los flacos del yacimiento o inyectar con un arreglo de pozos determinado. Los que se utilizan en procesos de recuperación mejorada. SIMULADOR DE RECUPERACIÓN CON FLUIDOS MISCIBLES a) El gas natural húmedo. b) El dióxido de carbono (CO2). c) El nitrógeno (N2) SIMULADOR DE RECUPERACIÓN QUÍMICA a) Desplazamiento de aceite con soluciones miscelares y microemulsiones. b) Desplazamiento de aceite con polímeros. c) Desplazamiento de aceite con surfactantes. d) Desplazamiento de aceite por combinación de los tres anteriores. SIMULADOR DE RECUPERACIÓN TÉRMICA a) Volumen de vapor necesario. b) Evaluar la posibilidad de incluir otros fluidos en la inyección de vapor. c) Determinar los efectos gravitacionales en el proceso de recuperación de aceite. d) Determinar parámetros críticos TIPO DE FLUJO • 1) Flujo monofásico (un fluido). • 2) Flujo bifásico (dos fluidos). • 3) Flujo trifásico. (tres fluidos). Simulador monofásico El flujo monofásico está dado por el flujo de un solo fluido en particular, por ejemplo: en los acuíferos, el agua, en los yacimientos bajo saturados, aceite y en un yacimiento de gas volumétrico, el gas. Cualquier modelo que tome en cuenta esta consideración, será un simulador monofásico. Simulador trifásico El flujo trifásico se presenta cuando los tres fluidos que contiene un yacimiento (agua, aceite y gas) fluyen a la vez, por lo que todo aquel modelo que haga esta consideración de flujo es un simulador trifásico. Este caso se contempla en yacimientos que producen por empuje combinando, en los que la entrada de agua, el empuje de gas disuelto y/o el empuje de casquete original o secundario, tienen influencia en la producción. Simulador bifásico Un simulador de este tipo es aquél que considera la existencia de flujo bifásico en el yacimiento. Este tipo de flujo se presenta cuando dos fluidos diferentes fluyen al mismo tiempo. Las condiciones que se pueden tener son: Simulador Composicional Los modelos composicionales se utilizan para simular los procesos de recuperación para los cuales no sean validas las suposiciones hechas en el modelo de aceite negro. En esta categoría se incluyen los yacimientos de gas y condensado con condensación retrógrada y los yacimientos de aceite volátil, cuya composición varía continuamente al existir pequeños cambios de presión y/o temperatura. Este tipo de simuladores supone en cambio, que los fluidos contenidos en el yacimiento son una mezcla formada por n-componentes. Gas y aceite: En un yacimiento que produce por empuje de gas disuelto liberado o en un yacimiento de aceite con casquete de gas. Agua y aceite: en un yacimiento bajo saturado con entrada de agua, cuya presión se mantiene arriba de la presión de burbujeo. Agua y gas: en un yacimiento de gas con entrada de agua o cuya saturación de agua congénita es mayor que la saturación de agua crítica. NÚMERO DE DIMENSIONES Modelo de cero dimensiones (0D) Representa el modelo de simulación más simple de todos, el cual representa un solo bloque y se fundamenta en la ecuación de balance materiales, en la cual es asumido que el yacimiento es isotrópico y homogéneo ya que a través de todo el yacimiento las propiedades de la formación y de los fluidos no varían, igualmente se considera que existe una misma presión promedio en cualquier punto del yacimiento y que este se encuentra en estado de equilibrio Modelo unidimensional horizontal Es utilizado para desempeñar cálculos simples de balance de materiales, simulación de secciones de yacimientos, comportamiento de acuíferos, estudios especializados del comportamiento de empuje lineal y simulación de experimentos de laboratorios. Modelo unidimensional radial A través de estos pueden ser simulados los efectos de caída de presión de un pozo con el respecto al comportamiento global del yacimiento. Modelo unidimensional (1D) Este modelo representa un modelo de simulación en el cual transferencia de fluidos entre las celdas (transmisibilidad) es tomada en cuenta, lo que ocasiona una buena representación del movimiento de los fluidos globalmente, así como a distribución promedio de presiones. Raramente son utilizados para el modelado de campos enteros debido a que a través de ellos no se puede modelar el barrido área y vertical y tampoco los efectos de caída de presión del pozo sobre el comportamiento del yacimiento. Modelo unidimensional vertical Es utilizado para simular sistemas drenados por gravedad, análisis de equilibrio vertical, operaciones de un pozo y simulaciones de eficiencia de influjo vertical de agua . Modelo bidimensional 2D Modelo área (horizontal 2D) En este modelo, el yacimiento es representado por un sistema de dos dimensiones de bloques rectangulares de igual espesor. Modelo vertical (transversal 2D) Este tipo de mallado es muy utilizado antes de iniciar simulaciones mayores, para efectuar sensibilidades, con el fin de investigar el efecto de cambios en el tamaño de los bloques en la dirección vertical, sobre las variables más importantes del yacimiento. Modelo radial (2D) El modelo radial 2D es representado usando un sistema de coordenadas cilíndricas, y es utilizado en la determinación de la tasa crítica de producción a la cual ocurrirá la conificación en un pozo, para predecir el comportamiento futuro de un pozo conificado y para evaluar los efectos de barreras de lutitas o permeabilidad vertical baja, como también en el análisis de Modelo tridimensional (3D) A través de estos modelos se pueden estudiar casi todas las fuerzas presentes en el yacimiento, lo que generan un estudio más representativo en las características de los fluidos y geológicas, este modelo considera los efectos de barrido areal al igual que lo efectos gravitacionales. BENEFICIOS ECONÓMICOS DE LA SIMULACIÓN NUMÉRICA Los beneficios que se obtienen al usar la Simulación Numérica de Yacimientos, para planear la explotación de un yacimiento de hidrocarburos son básicamente dos: económicos y técnicos (Chrichlow, H.B., 1977). El principal beneficio del uso de la Simulación Numérica de Yacimientos es el económico, que se obtiene con el uso de la administración de yacimientos disminuyendo, el flujo negativo de efectivo y por supuesto incrementando la recuperación final de hidrocarburos. La administración de yacimientos es el método que busca maximizar el valor de un activo petrolero. Con la Simulación Numérica de yacimientos es posible obtener pronósticos; es decir, es posible simular el comportamiento del yacimiento bajo un gran número de esquemas de producción. Al hacer esto, es posible seleccionar la mejor alternativa de producción, considerando la mayor ganancia para el activo.
