1.3.1 Ecuacin de balance de materia para yacimientos bajo saturadosGeneralidadesEl desplazamiento de fluidos en los yacimientos ocurre por la expansin de los elementos que constituyen el receptculo almacenante. Aunque este concepto es ampliamente conocido, su aplicacin en la prediccin del comportamiento de yacimientos bajosaturados se restringi inicialmente a considerar el desplazamiento como un producto exclusivo de la expansin del aceite, emplendose la ecuacin de balance de materia en la forma siguiente:

(1)

Es evidente que al no considerar el empuje proporcionado por la expansin del agua intersticial y los slidos que constituyen la roca, se incurrira en un error apreciable. Para modificar esta situacin fue necesario cuantificar la compresibilidad de los elementos mencionados.Posteriormente M.F Hawkins desarroll una ecuacin aplicable a yacimientos bajo saturados, expresado en la forma siguiente: .(2)Donde:

Aunque aparentemente la resolucin de esta ecuacin no presenta dificultad alguna, su correcta aplicacin requiere del conocimiento del trmino de Ce, cuyo valor es slo cuantificado con suficiente aproximacin cuando se conocen con precisin los valores de la porosidad y la saturacin del agua del yacimiento, lo que equivale a contar con la estimacin volumtrica del contenido original de hidrocarburos.

Desarrollo de la ecuacin general de balance de materia para yacimientos bajosaturadosEl volumen de fluidos desplazados del yacimiento al abatirse la presin, una cantidad P=(Pi-P) es igual a la expansin del aceite, agua y slidos contenidos en el yacimiento, ms el volumen de entrada natural de agua:Vfd = Volumen de fluidos desplazados = Eo + Ew + Es + We .(4)

La expansin de los elementos del yacimiento es:Eo = Vo Co `P = Vpi (1 - Sw) Co `P ..(5)Ew = Vw Cw `P = Vpi Sw Cw `P .(6)Es = Vs Cs `P = Vpi Cf `P ..(7)

Obsrvese que en estas ecuaciones Sw es la saturacin de agua media del yacimiento y Vpi es el volumen de poros iniciales del yacimiento.El volumen de fluidos producidos o desplazados del yacimiento a la presin final, es:Vfp a C. Y. = Np Bo + Wp Bw .(8)

El volumen de los poros iniciales es: (9)

Sustituyendo la ecuacin 9 en las ecuaciones 5, 6 y 7, y posteriormente en la ecuacin 4 se obtiene: (10)

El coeficiente de NBoi `P se conoce como la compresibilidad del agua, aceite y roca y es igual al expuesto de la ecuacin 3. (11)

Igualando la ecuacin 11 con la ecuacin 8 y desarrollando, se obtiene: ....(12)

Despejando N: ..(13)

Que es la ecuacin de balance de materia o volumtrico para un yacimiento bajosaturado. Esta ecuacin puede expresarse en la forma: (14)

Si no existe entrada de agua y la produccin de agua es despreciable: ..(15)

Y .(16)

Problema:Se tiene un yacimiento subsaturado cuya presin inicial es de 4350 psi. Determine:a) El petrleo original en sitioNpara un paso de presin (4000 psi) considerando el influjo de agua. b) Calcule N haciendoWe=0.

A continuacin se presentan los datos de produccin, propiedades de roca y fluidos necesarios:

Resolucin

Parte a: Se pide calcular el petrleo original en sitio para 4000 psi. Se sabe que la Ecuacin de Balance de Materiales viene dada por:

Se tiene que el yacimiento es subsaturado, lo que implica que no se ha llegado a la presin de burbujeo, por tanto no se tiene presente capa de gas, todo el gas est disuelto en el petrleo, as pues:m = 0XXXXXRp = RsXXXXXRsi Rs = 0Tal que:

Quedando la Ecuacin de Balance de Materiales reducida a:

DespejandoN:

Introduciendo datos:

Tal que:

El petrleo original en sitio para 4000 psi es de 195,337 MMBNParte bSe pide calcular el petrleo original en sitio para 4000 psi, haciendo despreciable el influjo de fluidos. Se sabe que la Ecuacin de Balance de Materiales viene dada por:

Se tiene que el yacimiento es subsaturado, lo que implica que no se ha llegado a la presin de burbujeo, por tanto no se tiene presente capa de gas, todo el gas est disuelto en el petrleo; adicionalmente el problema indica que el acufero es poco representativo as pues:m = 0XXXXXRp = RsXXXXXRsi Rs = 0XXXXXWe = 0Tal que:

Quedando la Ecuacin de Balance de Materiales reducida a:

DespejandoN:

Introduciendo datos:

Tal que:

El petrleo original en sitio para 4000 psi y haciendo despreciable el acufero es de 220,064 MMBN

Nomenclatura

1.3.2 Aplicacin de la ecuacin de balance de materia para yacimientos SaturadosYacimientos Volumtricos de Aceite Negro SaturadoEn un yacimiento de aceite saturado, la EGBM se puede usar de forma completa:

F=

La ecuacin anterior aplica para cualquier yacimiento de aceite saturado y no son despreciables, incluyendo los yacimientos de aceite voltil (donde ) y las formaciones con altas compresibilidades. En general y pueden ser despreciables en los yacimientos de aceite saturado a que la presin siempre est en o por debajo de la PB. Se recomienda que el calculo de se realice y se incluya en los clculos y en las grficas involucrando la aplicacin de Balance de Materia si es significativo, el cual es para formaciones muy compresibles. El casquete de gas y aceites saturados, usualmente son mucho ms compresibles que el agua y la roca.

Si es ms conveniente la produccin de gas se puede expresar en trminos de la relacin gas-aceite neto producido, . En este caso, la definicin de F, es la siguiente.

En las siguientes tablas se presentan los parmetros de yacimiento, datos PVT y de presin-produccin para un yacimiento de aceite saturado con casquete de gas inicial, pero sin entrada de agua.

Se hacen los clculos necesarios para Balance de Materia

De la siguiente grfica, se obtiene la pendiente, m que es y la ordenada al origen, b, es .

Grfica de Balance de Materia para un yacimiento de aceite negro con casquete de gas.

De donde obtenemos los volmenes originales de gas y aceite en el yacimiento= b = 193.72 MMSTB= m= 41, 555 MMscf+ G= 140, 352. 2 MMscf+ Yacimiento Volumtrico de Aceite Voltil Saturado.

En el siguiente ejemplo se analiza el yacimiento Prudhoe Bay, ubicado en Alaska, que es el mayor yacimiento de aceite de Estados Unidos. Se trata de un yacimiento volumtrico de aceite voltil inicialmente saturado, con un gran casquete de gas y una columna considerable de aceite a la que subyace una capa de chapopote que sirve de sello y evita la entrada de agua al acufero. El yacimiento estuvo sujeto a inyeccin de agua y a la reinyeccin de 82% del gas producido.

Se hacen los clculos necesarios para determinar volmenes originales de HCS

De la siguiente grfica se obtiene la pendiente, m, que es y la ordenada al origen, b, es

De donde obtenemos los volmenes originales de gas y aceite en el yacimiento

= b = 22,460 MMSTB= m= 37, 344,000 MMscf+ G= 53, 290,600 MMscf+

Para verificar la volumetra del yacimiento se realiza una grfica de VS (F+W) / que debe dar una recta horizontal.

1.3.3 Aplicacin de la ecuacin de balance de materias para yacimientos de GasCuando una acumulacin de hidrocarburos en el subsuelo se encuentra en fase gaseosa es lo que conocemos como "Yacimientos de Gas. Los yacimientos de gas se subdividen en yacimientos de gas seco, gas hmedo y gas condensado de acuerdo a su posicin con respecto al diagrama de Fases. En los yacimientos de gas seco la mezcla de hidrocarburos permanece en fase gaseosa tanto en subsuelo como en superficie, a cualquier presin durante su vida productiva ( Tyac > T cricondertrmica). Los yacimientos de gas hmedo producen lquido en superficie al pasar por los separadores, generando relaciones Gas- Lquido.A diferencia de los anteriores los yacimientos de Gas Condensado, a presiones por debajo de la presin de roco y temperaturas entre la crtica y cricondentrmica, presentan condensacin retrgrada.Para la explotacin de un yacimiento de gas y de la estrategia que se aplicar durante su vida econmica productiva, se debe contar con la estimacin de GOES y el volumen de gas a la presin de abandono del yacimiento, parte de los datos necesarios para hacer estas determinaciones pueden partir de la Ecuacin de Balance de Materiales.La aplicacin de la Ecuacin de Balance de Materiales en Yacimientos de Gas, es muy similar a la aplicacin que se lleva a cabo en yacimientos de petrleo. Sin embargo se requiere de ciertos conceptos primordiales para llevar a cabo de manera adecuada la aplicacin de la misma.

Antes de aplicar Balances de Materiales en yacimientos de Gas es necesario tomar las siguientes consideraciones:

Volumen poroso Homogneo: El espacio poroso se encuentra ocupado inicialmente por gas y agua connata. El gas est a la Presin Promedio del Yacimiento. La composicin del Gas permanece constante.El yacimiento es isotrmico. No hay direccin para flujo de fluidos. La expansin del agua connata y de la roca se considera despreciables.GOES:Gas Originalmente En Sitio.

Mediante el mtodo volumtrico se calcula as:El Volumen Bruto se obtiene mediante mapas de subsuelo, isopacas, estructurales. La porosidad mediante anlisis de ncleos y perfiles. Bgi mediante pruebas PVT.La saturacin por ncleos y registros elctricos.Aplicando conservacin de la materia a yacimientos de gas:

Masa inicial- Masa producida+ Masa que entra= Masa remanente

Para deducir la Ecuacin de Balance de Materiales, es necesario hacer un Balance del Volumen Original, del Volumen de Poros disponibles y una Balance molecular.

Balance del Volumen Original:El gas que se produce ser igual al GOES, mediante la relacin Bgi/Bg. El Bg para la presin a la que se quiere calcular el gas producido.Balance de volumen de poros disponibles:Volumen de los poros disponibles inicialmente menos el volumen de influjo de agua ms el volumen de agua producida.

Balance Molecular:Los moles producidos sern igual a los moles iniciales menos los moles finales. Por la ecuacin de gases ideales se har la determinacin de cada uno de estos moles:Mediante esta representacin grfica se obtiene el GOES, interceptando la recta con el eje x que representa el gas producido.Para las condiciones iniciales de P y Z, se obtiene el gas inicial en el yacimiento (Gi). Cuando los puntos graficados tiendan a desviarse del comportamiento lineal (Recta), es porque existe un mecanismo de produccin que no se est considerando. Como un acufero.

Trminos intervienen en la ecuacin de balance de materias, se definen como sigue:Np= Petrleo producido,BFN= Petrleo original in-situ,BFG= Gas inicial en el yacimientom= Tamao inicial de la capa de gas o volumen inicial de la capa de gas/volumen de la zona de petrleo (N)Np= Petrleo producido acumulado,BFGp= Gas producido acumulado,pcnWp= Agua producido acumulado,BFRp= Relacin gas-petrleo acumulada, Gp/Np,pcn /BFRs= Relacin gas-petrleo,pcn/BFo, w= Factor volumtrico de formacin del petrleo y del agua,bbl/BFg= Factor volumtrico de formacin del gas,bbl/pcnWe= Intrusin acumulada de agua,BFSw= Saturacin de agua, fraccincw, co, cg= Compresibilidad del agua, del petrleo y de gas,1/psicf= Compresibilidad del volumen poroso,1/psiP= Presin esttica del yacimiento,psiaP= Pi Pi= inicial

Volumen de hidrocarburos iniciales = Volumen original de aceite + volumen original de gas (en la capa),bblVolumen original de aceite =N oi,bblVolumen original de gas =mN oi,bblDe modo que: Volumen de hidrocarburos iniciales =N oi (1 + m)

Volumen de hidrocarburos remanentes = capa de gas original expandida + petrleo remanente + gas neto liberado, bbl

Asumiendo que no se produce gas de la capa de gas. Existen problemas cuando el yacimiento es delgado y cuando existe conificacin.

Capa de gas original expandida =mNoig/gi,bblPetrleo remanente =(N - Np) o,bblGas neto liberado = Gas liberado - gas libre producidoGas liberado =N (Rsi - Rs)g,bblGas libre producido =Np (Rp - Rs) g,bblGas en solucin producido =Np Rs,bblGas neto liberado =N (Rsi - Rs) g - Np (Rp - Rs) g,bblVolumen hidrocarburos remanentes =(N - Np) o + mNoi (g/gi) + N (Rsi - Rs) g Np (Rp - Rs) g bblIntrusin neta de agua =(We - Wp) w1.3.4.- Aplicacin de la Ecuacin de Balance de Materia para Yacimientos de Gas y Condensado

Cuando un yacimiento de gas produce cantidades significantes de lquido junto con el gas, es llamado yacimiento de gas hmedo o condensacin retrgrada. El siguiente diagrama de fases demuestra la diferencia entre un yacimiento de gas hmedo y de condensacin retrgrada.

Cuando el fluido del yacimiento tiene una temperatura y presin iniciales que estn justo afuera de la regin de dos fases en el Punto A, pero las condiciones de separador se encuentran dentro de la regin de dos fases en el Punto A, el yacimiento se llama de gas hmedo porque produce lquidos en el separador pero el fluido permanece en la fase gaseosa en el yacimiento. Los yacimientos de gas seco estn ms a la derecha de la regin de dos fases.

En un yacimiento de condensacin retrgrada, la temperatura se encuentra entre la temperatura crtica y la cricondenterma y la presin est por encima de la lnea del punto de roco de las dos fases. A medida que el yacimiento produce, la temperatura se mantiene constante pero la presin decrece a travs de la lnea del punto de roco en la regin de dos fases y los lquidos comienzan a abandonar el yacimiento. A pesar de que algunos lquidos pueden volverse a vaporizar con el tiempo y se llega a alcanzar el final de la lnea vertical del punto B, la mayora de los lquidos regularmente son irrecuperables.

A medida que la temperatura de un gas y condensado retrgrado se acerca a la temperatura crtica, el gas y condensado comienza a enriquecerse de condensado. Un fluido que tiene una presin por encima de la del punto de roco y una temperatura justo por encima de la crtica es abundante en gas y condensado. Si la temperatura es ligeramente menor que la crtica, el fluido del yacimiento es aceite voltil. Puede parecer difcil diferenciar entre este tipo de yacimientos, debido a que un gas y condensado tiene una presin y una temperatura ligeramente por encima de las crticas y un aceite voltil tiene una presin y una temperatura ligeramente por debajo de las crticas. Definir la diferencia entre los fluidos de estos yacimientos es muy sencillo con una prueba pVT de laboratorio de composicin y volumen constante (CCE).

El fluido del yacimiento se coloca en una celda pVT a presin y temperatura del yacimiento. Se incrementa el volumen bajando la presin hasta alcanzar la presin de roco o de burbuja. Si se contina bajando la presin, se ocasiona que la fase comience a separarse para convertirse en dos fases. Si la nueva fase tiene menor densidad y comienza a formarse en la parte de arriba de la celda, el fluido es un aceite voltil y el gas est saliendo de l. Si la nueva fase aparece en el fondo de la celda, es un gas y condensado y el lquido se est condensando del gas. Cuando las condiciones estn ms cercanas al punto crtico, el gas y el lquido tienen propiedades similares, pero una fase es ligeramente ms densa que la otra. La fase ms densa es la lquida y la menos densa es la gaseosa.

Un yacimiento de gas hmedo puede producir volumtricamente, como un yacimiento de gas seco, pero los lquidos son un producto de valor agregado. Sin embargo, en el anlisis y administracin de estos yacimientos, el componente lquido se debe tomar en cuenta en la ecuacin de balance de materia. Se puede hacer calculando el vapor equivalente de los lquidos, es ms preciso usar el trmino Rv en la ecuacin. Un yacimiento retrgrado de gas y condensado se debe analizar de diferente manera, debido a que los lquidos se condensan fuera del yacimiento, lo cual reduce considerablemente la recuperacin de los lquidos. Consecuentemente, las medidas se deben tomar conservando la presin por encima de la presin de roco, previniendo la condensacin de los lquidos.

La manera ms comn de hacer esto, es reinyectando el gas seco producido despus de ser separado de los lquidos, a esto se llama inyeccin cclica de gas. Otros mtodos que se han usado incluyen la inyeccin de nitrgeno, la inyeccin de gas (nitrgeno, dixido de carbono y monxido de carbono), y la inyeccin de agua. La inyeccin de gases, como el nitrgeno y el gas, tienden a contaminar el gas del yacimiento y se tiene que hacer una separacin despus, aun as contina siendo econmico.

Clculos de Balance de Materia para Yacimientos de Gas y Condensado

En este tipo de yacimientos, inicialmente no existe aceite en fase libre, esto es:

Existe condensable en el gas y por tanto se tiene produccin de aceite condensado en superficie, esto es Np 0. Eventualmente, cuando la presin alcanza la de roco, se forma condensado en el yacimiento y dicho condensado contiene gas en solucin.

Con estos antecedentes podemos revisar la Ecuacin General de Balance de Materia en trminos de produccin, que se reduce a:

En este tipo de anlisis, se requieren:

1. Datos del yacimiento

1. cf Compresibilidad de la formacin1. cw Compresibilidad del agua1. Swi Saturacin de agua irreducible

1. Datos de Presin-Produccin1. p Presin media del yacimiento vs. tiempo1. Gp Volumen producido acumulado de gas, L3 @ cs1. Np Volumen producido acumulado de condensado, L3 @ cs1. GI Volumen inyectado acumulado de gas, L3 @ cs1. Wp Volumen producido acumulado de agua, L3 @ cs1. WI Volumen inyectado acumulado de agua, L3 @ cs

1. Datos de propiedades PVT1. Bg Factor de volumen del gas, L3 @ cy/ L3 @ cs1. Bo Factor de volumen del condensado, L3 @ cy/ L3 @ cs1. Rs Relacin de solubilidad de gas en aceite, L3gas@cs/ L3aceite@ cs1. Rv Relacin de vaporizacin de aceite en gas, L3 aceite @cs/ L3 gas @ cs.1.3.5 Aplicacin de la Ecuacin de Balance de Materia Yacimientos Geotrmicos y Acuferos

Qu es un yacimiento geotrmico? Tipos de yacimientos geotrmicos?Un yacimiento geotrmico es una zona del subsuelo cuyo calor se pude aprovechar de forma econmicamente rentable.

Cabe tener en cuenta que para extraer el calor del subsuelo es necesaria la presencia de un fluido que la transporte, y que adems hay que perforar a suficiente profundidad para alcanzar las temperaturas ptimas para la explotacin, factores que comportan unos costes y una dificultad tcnica que se ven incrementados con la profundidad.

Para clasificar los yacimientos se tiene en cuenta tanto la temperatura del fluido como las posibles aplicaciones. Se definen cuatro tiposde yacimientos geotrmicos:

De alta temperatura:son aquellos yacimientos que proporcionan suficiente calor para producir energa elctrica a partir de vapor de agua de manera rentable; generalmente se encuentran a ms de 150 C. Se localizan en zonas de escaso espesor litosfrico o vulcanismo activo.

Dentro del grupo de los yacimientos geotrmicos de alta temperatura figuran los yacimientos geotrmicos llamados "de roca seca caliente" (HDR: Hot Dry Rock), que se explotan mediante las llamadas tcnicas de "estimulacin de yacimientos geotrmicos" (EGS: Enhanced Geothermal System). De forma muy sencilla, consisten en una masa de roca profunda en la que se estimula la fracturacin y la circulacin de fluidos para crear un yacimiento geotrmico (cuya explotacin, por consiguiente, sea viable). Este tipo de yacimientos requiere gradientes geotrmicos elevados, pero s un contexto geolgico muy especfico. En Catalua se han concedido varios permisos de investigacin minera para este tipo de yacimientos, aunque su implantacin todava est en fase experimental.

De temperatura media:son aquellos yacimientos que a pesar de presentar una temperatura inferior, permiten extraer calor suficiente para producir energa elctrica a partir de un fluido voltil, pero con un rendimiento menor que en el caso de los yacimientos de alta temperatura. Por lo general, el yacimiento alcanza temperaturas entre 100 y 150 C. Estn en zonas con un contexto geolgico y estructural favorable y un gradiente superior a la media. Su aprovechamiento tambin puede ser directo en forma de calor y sus principales aplicaciones se dan en sistemas de calefaccin urbanos y en procesos industriales.

De baja temperatura:son aquellos yacimientos cuya temperatura se encuentra entre los 100 y los 30 C. Se localizan en zonas con un contexto geolgico favorable con presencia de acuferos profundos, si bien el gradiente puede aproximarse al gradiente medio. Su explotacinconsiste en extraer agua caliente del acufero i reinyectarla fra.Se utiliza nicamente para usos directos de calor en sistemas de calefaccin urbanos y en procesos industriales.

De muy baja temperatura:son yacimientosla temperatura de los cuales es inferior a los 30C. Sesuelen utilizar como intercambiador trmico en sistemas de climatizacin domstica y agrcola mediante bomba de calor. Estos yacimientos pueden hallarse en cualquier lugar, ya que el gradiente geotrmico solo condiciona la eficiencia del sistema.

Ejemplo de tipos de explotacin de yacimientos geotrmicos:

1)De alta temperatura:en un basamento grantico muy profundo debajo de una cobertera sedimentaria (relacin de unidades con un contraste de conductividad trmica que favorece el gradiente geotrmico), se inyecta agua fra i se extrae muy caliente de forma que, en contacto con un segundo ciruito en superficie, se genera vapor de agua para producir electricidad.

2)De media temperatura:de un acufero profundo se extrae agua caliente para intercambiar calor con un sistema de calefaccin de distrito urbano, y se reinyecta.

3)De baja temperatura:mediante un intercambiador de calor enterrado se explota la inercia trmica del terreno que proporciona una temperatura estable para climatizar una casa tanto en invierno como en verano.4) Tambin se representa una surgencia trmica natural originada por un proceso de circulacin de agua: infiltracin en una zona de recarga, transicin lenta por un acufero profundo y descarga rpida a travs de una falla permeableMuchos yacimientos, ya sean de gas o crudo, estn limitados parcial o totalmente por rocas saturadas con agua, denominadas acuferos. Estos pueden ser muy grandes en comparacin con el yacimiento adyacente, caso en el cual se consideran de extensin infinita, bajo todo punto de vista prctico. Tambin pueden ser tan pequeos que su efecto sobre el comportamiento del yacimiento puede considerarse insignificante.

Estos Yacimientos utilizan los acuferos como mecanismo de produccin denominado empuje de agua. Tambin llamado empuje natural de agua para distinguirlo del empuje artificial de agua en el cual est presente la inyeccin de agua en la formacin. La produccin de hidrocarburos desde el yacimiento ocasiona una rpida cada de presin, ante esto el acufero responde para compensar esta declinacin. Esta respuesta se presenta mediante el flujo de agua.Basados el grado de declinacin de presin que ocurre en el yacimiento con un flujo natural de agua se pueden clasificar en:ACUIFERO ACTIVO, PARCIALMENTE ACTIVO O INFINITO:La intrusin de agua es igual a la rata total de produccin. El yacimiento con acuferos activos tiene una lenta y gradual declinacin de presin. Su radio es aproximadamente 10 veces mayor al radio del yacimiento.ACUFERONO ACTIVO O FINITO: La cada de presin durante el tiempo de produccin es notable, debido a que el acufero no puede dar una respuesta total a la cada de presin para compensarla.El propio acufero puede estar totalmente limitado por una roca impermeable, de manera que el yacimiento y acufero forman juntos una unidad volumtrica o cerrada como lo muestra la siguiente figura:

Fig.2.3 Estudio con el analizador elctrico de yacimientos de cinco campos terminados en la formacin Ellenburger, en el occidente de Texas, con un acufero limitado comn.Por otra parte, el yacimiento puede aflorar en uno o ms lugares donde puede reabastecerse de aguas superficiales como lo muestra la siguiente figura.

Fig. 2.4 Seccin transversal geolgica del yacimiento Torchlight Tensleep, Wyoming.

Por ltimo, pueden existir acuferos prcticamente horizontales con el yacimiento adyacente, o, inclusive, en el caso de bordes de cuencas estructurales, puede encontrarse por encima del yacimiento y suministrar un tipo de flujo artesiano de agua al yacimiento.

Fig. 2.3 Analoga hidrulica de flujo de agua en estado de flujo continuo

Inicialmente ambos tanques se llenan a un mismo nivel y tienen una misma presin. Cuando tanque-yacimiento se produce a una rata constante, la presin cae rpidamente al principio. En cualquier momento, cuando la presin ha disminuido, la rata de intrusin de agua ser proporcional a la permeabilidad de la formacin en la tubera al rea de la seccin transversal y a la cada de presin, e inversamente proporcional a la viscosidad del agua y a la longitud de la tubera, siempre y cuando la presin del acufero permanezca constante.

GEOMETRIAS DE FLUJO DE ACUIFEROS EN YACIMIENTOS DE PETROLEO

EMPUJE LATERAL:El agua se desplaza a travs de los flancos del yacimiento a medida que este produce hidrocarburos y la cada de presin al lmite.

EMPUJE DE FONDO: El cual el contacto agua, ocurre en yacimientos de gran superficie y con cadas suaves de presin en yacimiento se sita en la base.

EMPUJE LINEAL: Ocurre desde un flanco hacia el yacimiento con un rea transversal constante

1.4 USO DE SOFTWARE COMERCIALUno de los principios fundamentales aplicado en trabajos de ingeniera lo constituye la ley de la conservacin de la masa. En el caso especfico de yacimientos de hidrocarburos, para los propsitos de deducciones cuantitativas y predicciones, este principio se denomina: mtodo de balance de materiales para anlisis de yacimientos. Aun cuando, la construccin de la ecuacin de balance de materiales (EBM) y los clculos que trae su aplicacin no son tarea difcil, el criterio que debe reunir una solucin satisfactoria de la EBM ha sido siempre un problema para la ingeniera de yacimientos. (Havlena, & Odeh, 1963).

El uso de programas comerciales que representan las tecnologas ms modernas para el desarrollo de clculos de Balance de Materiales , tomando como base los datos obtenidos de un Estudio Integrado de Yacimientos realizado en un campo petrolero.

La exactitud de los valores calculados con la EBM depende de la confiabilidad de la data disponible y de que las caractersticas del yacimiento se adecuen a las asunciones que estn asociadas con el desarrollo de esta ecuacin. Ello debido a que la EBM es estructurada para simplemente mantener un inventario de todos los materiales que entran, salen y se acumulan en el yacimiento (Ahmed, & McKinney, 2005). Sin embargo, estos problemas de exactitud son en cierta forma reducibles cuando utilizamos las tcnicas de simulacin ms modernas, en las cuales no se supone que el yacimiento deba ser un tanque aislado, sino que se tomen en cuenta los factores externos a l (Anchi, 2001).

Una parte importante del desarrollo de la ingeniera de procesos es el clculo del balance de materia, que a menudo consume mucho tiempo, sobre todo cuando se trata de problemas complejos, porque implica analizar una poblacin de variables de entrada y mltiples ecuaciones simultneas.La ingeniera de procesos est en permanente bsqueda de mtodos para acortar el tiempo en la solucin de problemas. Los trabajos con ayuda de simuladores es un nuevo paradigma que est revolucionando la forma de enfrentar diversos problemas complejos en tareas de simulacin de procesos y procesamiento de materiales para obtener un producto o productos con mayor valor econmico.Existen varios softwares para calcular el EBM, sin embargo se presentan los ms importantes.

DEV- C++ Excel Aspen Plus HYSYS

DEV-C++La clave est en formular las ecuaciones y transformarlas en una matriz y desde este punto hacia delante, lo hace el programa que es posible de instalar con toda facilidad en la computadora. De acuerdo a la tendencia de los conocimientos, los ingenieros del futuro, debern conocer temas vinculados a la programacin en computadoras (Java, MatLab, C++, entre otros), para comprender su funcionamiento y su aplicacin en la resolucin de mltiples problemas en la ingeniera qumica.Dicho modelo bajo la forma de un programa se denomina BM_OJNV_08 y puede ser fcilmente instalado en una PC que contenga el software DEV- C++ para que sea ejecutable.Involucra la solucin de ecuaciones algebraicas lineales por el mtodo Gauss, empleando el lenguaje de programacin C++, que tiene como soporte al software DEV-C++. Es importante que el estudiante de pregrado contraste sus clculos y resultados de balance de materiales obtenidos manualmente con los que se desarrollan con un programa computacional, dado que la tendencia en la industria es resolver problemas haciendo uso de ordenadores.Dev-C++ es un entorno de desarrollo integrado (IDE) para programar en lenguaje C/C++.

La naturaleza impone ciertas restricciones en el intento de disear un nuevo proceso o durante el anlisis de uno ya existente. En la etapa inicial de diseo de procesos, el ingeniero tiene que enfrentarse con la tarea de hacer el balance de materiales, cuyo desarrollo tiene como base la Ley de Conservacin de la Masa, que establece que la masa no puede crearse ni destruirse. Todos los problemas de balances de masa son variaciones sobre un mismo tema teniendo valores de algunas variables de corriente de entrada y salida, calcular los dems valores. La resolucin de estos problemas requiere la formulacin y solucin de ecuaciones simultneas, en trminos del lgebra ele- mental, pero la formulacin de las mismas a partir de la descripcin de un proceso y una serie de datos puede llegar a presentar serias dificultades; como es el caso de n ecuaciones y n incgnitas, que suelen presentarse.

ExcelLos programas de computadora denominados hojas de clculo, como Lotus 1-2-3 y Excel, que originalmente fueron creados para aliviar la tarea de calcular los tediosos balances econmicos de los contadores y administradores, han encontrado en la ingeniera y otras disciplinas un gran potencial como herramientas de apoyos. Particularmente en la ingeniera qumica, en donde se emplean de muy diversas formas, por ejemplo, para el ajuste de datos a modelos empricos, para mltiples aplicaciones de mtodos numricos as como en el clculo de balances de materia y simulacin de procesos.Las capacidades computacionales de las hojas de clculo se han enriquecido en aos recientes, principalmente Excel de la compaa Microsoft y del cual se trata este trabajo. Adems del editor grfico, de la manipulacin y operaciones con matrices y de opciones de iteracin automtica, Excel cuenta con el apoyo del editor Visual Basic for Applications para crear, modificar y ejecutar macros, as como con el Solver que es un complemento para la resolucin numrica de ecuaciones y problemas de optimizacin.La caracterstica que popularizo el uso de las hojas de clculo en sus inicios sigue siendo hoy su atractivo ms importante, que no se requiere dominar un lenguaje de programacin para usarlo. Su uso es muy simple. Los datos numricos se escriben en celdas, las cuales son visibles todo el tiempo en la pantalla de la computadora y se referencian por su posicin en hileras, numeradas secuencialmente, de arriba hacia abajo y columnas identificadas con letras.Esta configuracin da a las hojas de clculo una estructura en forma de tabla, en donde los clculos se efectan hilera por hilera, de arriba hacia abajo y de izquierda a derecha.Las celdas pueden contener adems de nmeros textos, frmulas o comandos para opciones lgicas del tipo SI...ENTONCES. Las frmulas y comandos pueden modificarse cuando se desee, moviendo el cursor a la celda apropiada. El valor numrico del resultado de la frmula o del comando, aparece en la celda, mientras que la frmula o el comando se despliegan en la barra de frmulas.Esto facilita la deteccin de errores tanto en la sintaxis de las frmulas como en la lgica de los comandos y efectuar las correcciones necesarias antes de que se propaguen a otras celdas. Esto es difcil de hacer con los lenguajes tpicos de programacin ya que si existe un error su efecto se conocer despus de ejecutar el programa y desplegar los resultados. La localizacin exacta de las equivocaciones en la sintaxis de las instrucciones se hace por una depuracin exhaustiva de todas las instrucciones del programa. La sintaxis de las hojas de clculo, como Excel, es fcil de entender en un par de horas y con un poco de prctica podr aplicarse a la solucin de mltiples problemas.El potencial de las hojas de clculo para calcular balances de materia radica en que al escribir las ecuaciones como frmulas en las celdas, que toman datos de otras celdas (variables de entrada), el resultado se despliega inmediatamente (variable de salida). Al agregar ms frmulas, que usen resultados de frmulas previas, el conjunto de ecuaciones evoluciona en el modelo de un proceso. Estos modelos tienen las capacidades inherentes de las hojas de clculo de ser reusables, flexibles y de fcil uso, capacidades que pueden aprovecharse en estudios de simulacin de los procesos qumicos.Para procesos con un gran nmero de equipos y de especies qumicas, las hojas de clculo no substituyen ni pueden competir con los programas comerciales de simulacin como AspenPlus y HYSYS. Sin embargo para procesos no muy grandes las hojas de clculo son de gran ayuda en el clculo de balances de materia. En este trabajo se presentan ejemplos de este tipo de procesos.Distinguir tres reas en la hoja de clculo. La primera, en la parte superior, con datos del propsito de la hoja de clculo, del autor y la fecha.

A continuacin, un rea abajo de la anterior con datos del problema, ya sean constantes o parmetros.

Finalmente, el rea que forma el cuerpo principal de la hoja de trabajo con las frmulas, en donde quedaran los resultados. Abajo del rea de las frmulas dejar suficiente espacio para poner notas explicatorias sobre los clculos en las frmulas. Todas las celdas ya sean que contengan datos o frmulas deben llevar rtulos para su identificacin.

Excel ha ganado en aos recientes una amplia reputacin para resolver problemas complejos de ingeniera, por ello es la hoja de clculo ms popular. El clculo de balances de materia en procesos qumicos es usado por Excel. Excel presenta grandes ventajas en la solucin de mltiples problemas de clculo intensivo, particularmente en el clculo de balances de materia. Para problemas de complejidad considerable se usan, con mejores resultados, los simuladores comerciales, con los cuales Excel no puede competir. Sin embargo en la medida en que Microsoft aumenta las capacidades de Excel este gana aceptacin entre los ingenieros como una herramienta de gran potencialidad y futuro.

Aspen PlusEn 1970, unos investigadores del Laboratorio de Energa del Instituto Tecnolgico de Massachusetts (MIT) disearon un programa prototipo para la simulacin de procesos, al cual denominaron Sistema Avanzado para Ingeniera de Procesos (ASPEN, del ingls Advanced System for Process Engineering). Este software ha sido comercializado desde 1980 por la compaa AspenTech.AspenTech ha desarrollado muchos programas dentro del marco de la simulacin de procesos qumicos,entre ellos se destaca el paquete Aspen Engineering Suite, el cual bsicamente est desarrollado para aplicaciones del campo de la ingeniera, en general. Aspen Plus es un programa bsicamente de simulacin de procesos qumicos, en el cual adems de simulaciones de diagramas de flujo, se puede realizar: (1) estimacin de propiedades de compuestos, (2) anlisis de sensibilidad de variables de proceso, (3) obtener especificaciones de diseo de proceso, y, (4) sntesis y anlisis de procesos qumicos, entre otras tareas del diseo de procesos y equipos.

Aspen Plus, al igual que muchos de los programas diseados para la interaccin con el usuario, posee una interfaz de usuario, conocida como Aspen Plus User Interface, la cual est bsicamente constituida por una barra de ttulo, una barra de mens, una barra de herramientas, un espacio de trabajo, una librera de modelos y una barra de estado. La Fig. 1 muestra las partes bsicas de la interfaz de usuario.

Barra de ttulo: Muestra los nombres del programa y del archivo de simulacin en ejecucin.

Barra de mens: Contiene los mens de la interfaz, donde cada uno de ellos, cuando son desplegados, permite la ejecucin de la mayora de las tareas que se pueden hacer con el programa.

Barra de herramientas: Contiene las herramientas de mayor uso del programa, en forma de iconos, para su fcil consecucin al momento de trabajar con el programa.

Espacio de trabajo: Es el rea donde se construye el diagrama de flujo de procesopara la simulacin.

Librera de modelos: Contiene los modelos de los equipos que se pueden usar en el diagrama de flujo, y por ende en la simulacin.

Barra de estado: En todo momento, muestra mensajes del estado de la simulacin.Adicional a las caractersticas anteriores, el programa cuenta con un asistente para el manejo y la administracin de los datos de la simulacin, conocido como Data Browser, el cual se puede encontrar fcilmente en la barra de herramienta de datos o en el men Data, en la opcin Data Browser. La barra de herramienta de datos (ver Fig. 2), como su nombre lo dice, es la barra de herramientas ms importante en la simulacin, pues por medio de ella se proveen los datos y se obtienen los resultados de la simulacin. Los iconos de esta barra, en el orden que se ven en la Fig. 2, son:

Setup: Permite llenar las especificaciones generales de la simulacin, como lo son tanto las unidades de los datos de entrada como las de los resultados, el nombre de la simulacin, el tipo de simulacin, entre otras.Components: Permite llevar a cabo la seleccin de loscomponentes a usar en el proceso de simulacin.Physical Properties: Permite llevar a cabo la seleccin del (de los) modelo (s) termodinmico (s) a usar en el proceso de simulacin.Streams: Permite realizar la especificacin de las corrientes de alimentacin del proceso, es decir, el ingreso de los datos de cada una de las corrientes de alimentacin pertenecientes al proceso.Blocks: Anlogo al icono Streams, pero para los equipos o mdulos operacionales del proceso, como lo son los reactores, columnas, separadores, entre otros mdulos insertados desde la librera de modelos.Data Browser:Como se mencion anteriormente, ste es el asistente que permite la manipulacin de datos y especificaciones de la simulacin. Existen bsicamente dos formas de ingresar los datos y especificaciones de la simulacin: (1) por medio de la secuencia de iconos que se mencion anteriormente (1-5), los cuales, cada uno est asociado directamente a formularios de llenado de datos y especificaciones; o (2) por medio del Data Browser, el cual, particularmente, permite la administracin de todas las funciones especificadas anteriormente, desde las especificaciones generales de la simulacin, dadas en el botn Setup, hasta las especificaciones de los mdulos de operacin, dadas en el botn Blocks.

HYSYSEl Hysys es una herramienta informtica que nos va a permitir disear o modelar procesos qumicos mediante la ayuda de un software.En la actualidad todos los ingenieros deben estar capacitados para poder producir y disear un sistema y que mejor manera que con la ayuda de un software para poder encontrar valores que posiblemente nos servirn en un futuro clculo para el aporte de un proyecto de trabajo. HYSYS es un software, utilizado para simular procesos en estado estacionario y dinmico, por ejemplo, procesos qumicos, farmacuticos, alimenticios, entre otros.

Posee herramientas que nos permite estimar propiedades fsicas, balance de materia y energa, equilibrios lquido-vapor y la simulacin de muchos equipos de Ingeniera Qumica. Este simulador en los ltimos aos ha sido utilizado, permite usar o crear al operador modelos.Relacin con la simulacin de procesosPara poder utilizar el Hysys se necesita aplicar una ingeniera bsica del proceso para lo cual se necesita: Documentos que describan la secuencia de las operaciones que conforman el proceso. Un diagrama entrada salida, lo cual incluye como est conformado estequeomtricamente la reaccin, el nmero de moles. Un diagrama bsico del bloques del proceso, lo cual incluye las condiciones principales de operacin, informacin de rendimientos, conversiones, balances de materia y energa preliminares. Hojas de datos los cuales especifican los equipos o durante la ingeniera bsica.

Este software posee una base de datos con informacin de utilidad para muchos clculos que este programa realiza de forma rpida, el programa corrige cierta los clculos de forma automtica. Para que el programa realice los clculos hay que proporcionarle la informacin mnima necesaria que generalmente es los datos de operacin como flujos, temperaturas y presionesHerramientas de trabajoBase de Datos: HYSYS en su amplia base de datos contiene los siguientes: Ms de 1500 componentes slidos, lquidos y gaseosos. Las propiedades fisicoqumicas de las sustancias puras Parmetros de Interaccin binaria para el clculo del coeficiente de actividad. ElectrolitosBase de Crudo: Contiene propiedades de muchos crudos a partir de datos experimentales.

Caracterizacin de Fracciones del Petrleo Correlaciones especficas para fracciones livianas y pesadas. Modelos de interconversion de curvas de destilacin.

Ventajas del software

Entre las principales ventajas que nos brinda el programa, se puede encontrar Nos ayuda a examinar varias configuraciones de una planta. Disminuye el tiempo de diseo de una planta Nos permite mejorar el diseo de un planta Determina las condiciones ptimas del procesoSin embargo no toda la informacin que nos da este programa es fiable, ya que dependen de la calidad de los datos que ingresemos al programa.Una de las condiciones tambin que hay que tomar en cuenta es la seleccin del paquete fluido con que estamos trabajando, ya que no todos los paquetes pueden ser utilizados con los diferentes tipos de fluidos, los paquetes son especficos para algunos tipos de fluidos.

Utilidades (El programa nos permite)

* Utilizar Modelos Termodinmicos, Componentes y Propiedades Paquete Fluido Corrientes y Mezclas Propiedades de Mezclas.

* Simular Unidades de Proceso Corrientes: Divisin, Mezcla y Fraccionamiento, Ciclo de Refrigeracin, Separacin de Fases, Separador de Tres Fases.

* Simular Procesos con Corrientes de Recirculacin, Procesos con Reciclo, Compresin en tres etapas, Ajuste de Variables.

* Simular Reactores, utilizar reactores de Conversin, Relacin no lineal entre variables Reactor de Mezcla Completa Reactor Flujo Pistn Reactor Cataltico Heterogneo.

* Establecer balances de Materia y Calor.

* Simular Columnas de Destilacin y Absorcin, Columna de Destilacin Simplificada, Columna Despojadora.

Bibliografa:

Tesis Ecuacin General de Materia y una herramienta computacional para sus clculos, Torres Lara Jos Antonio y Turrubiate Munguia Andrea Elena, Mxico D.F, 2007, UNAM.

https://simulacionprocesos.wikispaces.com/introducci%C3%B3n+Hysys

Tesis La funcin influencia del acufero y su utilizacin en la prediccin del comportamiento de yacimientos de gas y aceite bajo saturado, Martnez Galicia Oscar Ricardo, Mxico, D.F Junio 2010, UNAM

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