Simulación De Yacimientos

ANTECEDENTES E HISTORIA DE LA SIMULACION NUMERICA DE YACIMIENTOS

Se genera el modelo numérico del yacimiento y ensayan diversas opciones técnico-económicas para su desarrollo y explotación.

Estas opciones son evaluadas y guían la toma de decisiones respecto de la opción que mejor cumpla con los objetivos de la administración.

El potencial de la simulación arrancó a finales de los años 40. El compromiso era aunar esfuerzos en el análisis numérico y el desarrollo de métodos prácticos de cálculo. Inicialmente, los primeros simuladores fueron lo suficientemente grandes para justificar estudios costosos y la necesidad de contar con un comportamiento detallado a mediano o largo plazo. Esto, por supuesto, convirtió la simulación en una herramienta indispensable en el manejo de los yacimientos.

Anteriormente para calcular la recuperación de hidrocarburos, por ejemplo, se utilizaban métodos de balance de materia como los de Schilthuis, Tarner, Muskat, Pirson y Tracy en los cuales se considera al yacimiento como un tanque con propiedades promedio, tanto depresión como de propiedades petrofísicas y PVT de los fluidos. Sin embargo, esta suposición de homogeneidad a lo largo de todo el yacimiento, aunque se ha demostrado que puede ser valida, muchas veces no existe, por lo cual se pensó en dividir el yacimiento en una serie de bloques o celdas, asignándole a cada una de ellas propiedades promedio y aplicar la ecuación de balance de materia para cada bloque, acoplado a la ecuación de Darcy que es una ecuación de flujo que permite determinar la interacción entre los bloques. A esto, es decir, el dividir el yacimiento en una serie de bloques para su estudio se le conoce en forma general como simulación y los aspectos nuevos que presenta es que, como puede fácilmente suponerse, se requiere de una gran cantidad de cálculos por lo que se hace indispensable el uso de una computadora para llevarlos a cabo.

Actualmente, la disponibilidad de computadores y el enorme progreso que ellos han venido teniendo recientemente, hace de la simulación un instrumento práctico en la toma de decisiones y planeación durante la vida de un yacimiento.

Prácticamente la simulación de yacimientos se ha venido empleando desde los inicios de la ingeniería petrolera, es decir, hacia 1940. Antes de 1960, los cálculos usados para predecir el comportamiento del yacimiento -pronosticar la recuperación o comparar alternativas económicas entre diversos métodos de recuperación- consistían en su mayoría de métodos analíticos tales como: el método de balance de materia o simulador de cero dimensiones y el método de Buckley-Leverett o modelo de una dimensión.

Durante los años 60, los esfuerzos de la simulación fueron dedicados en gran medida a los problemas de dos fases (gas y agua) y, en tres fases, así como modelos de aceite negro. La simulación de métodos de recuperación se limitaba esencialmente a los problemas de agotamiento natural y de mantenimiento de presión. Con esto era posible el desarrollo de un modelo de simulación único, capaz de dirigirse a la mayoría de los problemas de yacimientos que se tenían. Este concepto de un modelo general siempre ha sido atractivo debido a que significa reducción en el costo de su preparación y de su uso y, potencialmente, en el costo del desarrollo del modelo y de su mantenimiento.

DEFINICION DE LA SIMULACION DE YACIMIENTO

La simulación de yacimientos es una ciencia que combina la física, la matemática, la geología, la ingeniería de yacimientos y la programación de computadores para desarrollar herramientas que pronostiquen el comportamiento de los yacimientos de hidrocarburos bajo diferentes condiciones de operación.

Operacionalmente la simulación de yacimientos es un proceso mediante el cual el ingeniero con la ayuda de un modelo matemático, integra un conjunto de factores para describir con cierta precisión el comportamiento de procesos físicos que ocurren en un yacimiento.

Esta ciencia es indispensable en virtud a que se requiere obtener predicciones exactas del desarrollo de un yacimiento. Dicha necesidad nace del hecho que un proyecto de recuperación de un campo de hidrocarburos involucra una inversión de cientos de millones de dólares y presenta varios riesgos que están asociados con el desarrollo seleccionado y por tanto se precisa la evaluación y minimización de dichos riesgos. Los factores que contribuyen al riego incluyen:

• Complejidad del yacimiento debido a las propiedades de heterogeneidad y anisotropía de las rocas,

• Variaciones regionales del flujo de fluidos y características de las curvas de permeabilidades relativas,

• Complejidad del mecanismo de recobro de hidrocarburos,

• Aplicabilidad de otros métodos predictivos limitados e inapropiados.

• La relación no lineal entre la saturación con la presión capilar.

• Las propiedades PVT de los fluidos son funciones no lineales de la presión, composición y temperatura.

En la simulación de yacimientos petroleros (SYP)

• Rasgos geológicos y estructurales del yacimiento: Fallas, delimitación de unidades geológicas, tipos de rocas y su distribución, etc.

• Distribución de las propiedades petrofísicas de roca y fluidos: Porosidad, permeabilidad, saturación, etc.

• Tipo de modelo: Una, dos o tres fases (petróleo, agua, aceite), Composicional, Modelos térmicos, Reacciones químicas.

La modelación matemática y computacional (MMC) consiste de la construcción de modelos matemáticos de fenómenos que ocurren en la naturaleza y en procesos industriales, y de la solución de éstos mediante el uso de técnicas numéricas y computacionales.

Objetivo de la simulación de yacimientos

El objetivo primordial al hacer uso de la simulación es predecir el comportamiento de un determinado yacimiento y con base a los resultados obtenidos, optimizar ciertas condiciones para aumentar la recuperación. Para ello se requiere de la experiencia y buen juicio del ingeniero para decidir cuando es preciso utilizar un modelo y que tipo de modelo es el mas conveniente en cada caso; así como evaluar de una manera apropiada tanto los datos que se van a utilizar en la simulación como los resultados que se obtengan de ella. La elección del modelo a utilizar, además del aspecto económico, está en función de lo que se desea simular y de la información con que se cuente para realizar la simulación, pero una regla general es utilizar el modelo más simple capaz de resolver el problema planteado.

UTILIDAD DE LA SIMULACION

La simulación de yacimientos constituye la herramienta más poderosa con que cuenta el ingeniero siempre y cuando la geología y las propiedades de los fluidos están propiamente caracterizados y el modelo matemático de simulación ha sido probado y calibrado adecuadamente. Mientras que físicamente el yacimiento puede producirse una sola vez y lo más probable es que no sea en la forma más adecuada, dado que un error cometido en el proceso afectará cualquier cambio subsiguiente, el modelo permite producir un yacimiento varias veces y en muy diferentes maneras, con lo cual se pueden analizar varias alternativas y seleccionar el mejor escenario. El observar el comportamiento del modelo bajo diferentes condiciones de operación, ayuda a seleccionar un conjunto de condiciones de producción óptimas para el yacimiento. Más específicamente, con la ayuda de la simulación, se puede hacer lo siguiente:

• Conocer el volumen original de aceite.

• Tener una buena idea del movimiento de los fluidos dentro del yacimiento.

• Determinar el comportamiento de un campo de aceite bajo diversos mecanismos de desplazamiento, como puede ser: la inyección de agua, la inyección de gas, el depresionamiento natural o el uso de algún método de recuperación mejorada.

• Determinar la conveniencia de inyectar agua en un yacimiento de aceite por los flancos en lugar de utilizar un patrón determinado de pozos inyectores o viceversa.

• Optimizar los sistemas de recolección.

• Determinar los efectos de la localización de los pozos y su espaciamiento. De esta manera desarrollar un campo con base en una información limitada, pudiéndose determinar donde perforar nuevos pozos.

• Estimar los efectos que tiene la rata de producción sobre la recuperación.

• Calcular la cantidad de gas que se obtiene de un número determinado de pozos localizados en puntos específicos.

• Definir valores de parámetros en el yacimiento, para llevar a cabo estudios económicos.

• Obtener la sensibilidad de los resultados o variaciones en las propiedades petrofísicas del yacimiento o las propiedades PVT de sus fluidos cuando no son bien conocidas.

• Realizar estudios individuales de pozos.

• Conocer la cantidad de gas almacenado.

• Hacer un programa de producción.

• Simular un proceso físico específico: resultados de una inyección de agua, una prueba de presión, etc.

Ajuste de Simulador con la Historia del Yacimiento

Si la información con que se cuenta para llevar a cabo una simulación es amplia y de calidad, el objetivo de la simulación tenderá a satisfacerse y la predicción del comportamiento será mejor. Si por el contrario, la información es incompleta o no muy confiable, los simuladores solo podrán utilizarse para comparar semicuantitativamente los resultados al explotar el yacimiento de diferentes maneras. De cualquier forma, la apropiación que proporciona el simulador puede mejorarse mediante el ajuste de éste a medida

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