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MECANISMOS DE PRODUCCIONComportamiento de Yacimientos ITESCO Ing. Petrolera.

Los mecanismos de producción se refieren a las fuerzas naturales del yacimiento que hacen que los fluidos se muevan hacia los pozos y sean producidos. Básicamente se distinguen cinco tipos de mecanismos de producción:

o EMPUJE CON AGUA:

Un yacimiento con empuje de agua tiene una conexión hidráulica entre el yacimiento y una roca porosa saturada con agua denominado acuífero.

Se presenta cuando debido a la disminución de presión en el yacimiento, se origina la expansión de un acuífero que lo subyace, desplazando de esta manera el petróleo hacia los pozos productores. La eficiencia de este tipo de empuje está controlada principalmente por el tamaño del acuífero y la permeabilidad de la roca yacimiento.

Dado que la compresibilidad del agua es pequeña, se requieren acuíferos de gran tamaño para que exista un empuje hidráulico efectivo. También se requiere de una permeabilidad alta, de tal forma que exista una rápida comunicación entre el yacimiento y el acuífero.

Yacimiento con empuje de agua según Willhite.

Este tipo de mecanismo puede llegar a ser muy efectivo, obteniéndose recuperaciones desde 40 a 70 % del petróleo inicial en el yacimiento.

La geología del yacimiento, la heterogeneidad y la posición estructural son variables importantes que afectan la eficiencia de recobro.

La extensión del acuífero y su capacidad energética no se conocen hasta que se tienen datos de la producción primaria. Una medida de capacidad de empuje de agua se obtiene de la presión del yacimiento a determinada tasa de extracción de los fluidos, lo cual permite calcular el influjo de agua. Si el acuífero no suministra suficiente energía se implementa un programa denominado mantenimiento de presión con inyección de agua.

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o EMPUJE POR CAPA DE GAS:

Si un yacimiento tiene una capa de gas inicial, la presión inicial en el CGP es equivalente a la presión de burbujeo del petróleo. Debajo de la CGP, la presión de burbujeo y la cantidad de gas disuelto usualmente permanece constante a medida que la presión del yacimiento aumenta con profundidad.

Aunque la presión de yacimiento es igual a la presión de saturación o de burbujeo solamente en el CGP, el petróleo y el gas están en equilibrio y se dice que el petróleo está saturado. Estos yacimientos producen por el mecanismo de empuje de la capa de gas, ya que debido a su compresibilidad el gas se expande a medida que los fluidos se extraen del yacimiento desplazando al petróleo por el empuje de gas, ayudado por el drenaje por gravedad. Sin embargo para que este mecanismo sea efectivo, es necesario definir el tamaño de la capa de gas y que la formación tenga una alta permeabilidad vertical y un espesor o buzamiento considerable.

Yacimiento con empuje por capa de gas según Willhite.

En efecto una capa de gas muy pequeña, no es tan eficiente como una de tamaño mediano. En contraste una capa de gas que es muy grande en relación a la columna de petróleo es también menos eficaz que una de tamaño mediano. La razón de esto es que resulta difícil producir el petróleo cuando la capa de gas es muy grande y la zona de petróleo es delgada, porque el gas tiende a sobrepasar al petróleo e irrumpir primero en los pozos de producción.

Por lo que los yacimientos con capa de gas muy grande no se consideran como buenos candidatos para la inyección de agua; en su lugar se utiliza la inyección de gas para mantener la presión dentro de la capa.

Así, el yacimiento de empuje por capa de gas más eficiente es aquel que posee un volumen de la capa de gas similar al tamaño de volumen de la zona de petróleo. Cuando este tipo de mecanismo está presente, la recuperación es mayor, normalmente de un 30 al 40% del petróleo inicialmente en el yacimiento.

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MECANISMOS DE PRODUCCIONComportamiento de Yacimientos ITESCO Ing. Petrolera.

o EMPUJE POR GAS EN SOLUCION Y EXPANSIÓN DE LOS FLUIDOS:

El petróleo crudo bajo ciertas condiciones de presión y temperatura en los yacimientos puede contener grandes cantidades de gas disuelto.

Un yacimiento de petróleo no tiene capa de gas inicial si la presión del yacimiento es mayor que la presión de burbujeo.

A medida que el petróleo es producido, el petróleo remanente por ser compresible, se expande para llenar el espacio vacío que va quedando detrás, lo que causa una disminución en la presión del yacimiento (debido a la extracción de los fluidos).

Cuando la presión disminuye hasta el punto de burbujeo, el gas disuelto comienza a separarse del petróleo y como este gas libre es más compresible que el petróleo, la presión declinara más suavemente, y al expandirse desplaza el petróleo del yacimiento hacia los pozos productores. Este proceso se conoce como empuje de gas en solución y su eficiencia depende en gran parte de la cantidad inicial de gas disuelto. También depende de las propiedades de la roca y del petróleo; y de la estructura geológica del yacimiento.

Yacimiento con empuje por gas en solución según Willhite.

Sin embargo las recuperaciones obtenidas de la expansión de líquidos por encima del punto de burbujeo son bastantes bajas, normalmente de 5 a 20 %. En contraste, los yacimientos de gas suelen tener muy alta recuperación del mecanismo de expansión del gas, por lo general de 70 a 80 %, debido a que el gas es mucho más compresible y tiene una viscosidad mucho más baja que el petróleo.

A medida que la presión declina, el gas fluye a una tasa más rápida que la del petróleo, provocando un rápido agotamiento en la energía del yacimiento, lo cual se nota en el incremento de las presiones gas-petróleo (RGP) del campo. Los yacimientos con empuje de gas en solución son usualmente buenos candidatos para la inyección de agua.

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o EMPUJE POR EXPANSION DE LA ROCA Y DE LOS FLUIDOS:

Un petróleo crudo es subsaturado cuando contienen menos gas que el requerido para saturar el petróleo a la presión y temperatura del yacimiento.

Cuando el petróleo es altamente subsaturado, mucha de la energía del yacimiento se almacena por la compresibilidad de la roca y de los fluidos; como consecuencia la presión declinara rápidamente a medida que se extraen los fluidos hasta que se alcance la presión de burbujeo. Entonces, el empuje por gas en solución se transforma en la fuente de energía para el desplazamiento de los fluidos.

Un yacimiento subsaturado se puede identificar por los datos de presión del yacimiento, realizando un análisis de los fluidos del yacimiento o mediante un comportamiento PVT. Estos yacimientos son buenos candidatos para la inyección de agua con el fin de mantener alta presión del yacimiento y para incrementar la recuperación del petróleo.

o EMPUJE DE DRENAJE GRAVITACIONAL:

El drenaje por gravedad puede ser un método primario de producción en el yacimiento de gran espesor que tiene una buena comunicación vertical y en los que tiene una marcado buzamiento.

La gravedad es un mecanismo de empuje muy lento, pero eficaz. Los pozos completados en yacimientos que ya no tienen otra energía que la gravedad se reconoce por que poseen tazas de producciones lentas y constantes para periodos muy largos.

La gravedad usualmente trabaja en conjunto con otros mecanismos de empuje para incrementar su eficiencia.

Así, por ejemplo, un yacimiento delgado y horizontal con un fuerte empuje de agua de fondo, puede tener una baja recuperación debido a que el agua tiende a conificar los pozos prematuramente, sobrepasando al petróleo; pero si el mismo yacimiento se encuentra inclinada estructuralmente o estratigráficamente, el recobro aumenta debido a que la segregación gravitacional drena el petróleo hacia abajo, existiendo también la acción de empuje del agua de acuífero hacia arriba. Además la gravedad estabiliza el frente agua-petróleo durante la producción, disminuyendo la cantidad de petróleo de agua residual. Lo mismo sucede con las unidades grandes de capa de gas. Como la presión y la gravedad expulsan naturalmente el petróleo hacia los pozos, la capa de gas empuja el petróleo hacia la parte baja, estabilizando el límite entre lo que drena por gravedad y el contacto gas-petróleo.

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MECANISMOS DE PRODUCCIONComportamiento de Yacimientos ITESCO Ing. Petrolera.

o EMPUJE COMBINADO:

En la mayoría de los yacimientos se presenta más de un tipo de empuje durante su vida productiva, bien sea en forma alternativa o simultánea. En ambos casos se dice que el yacimiento produce por empuje combinado.

Por ejemplo, cuando en yacimientos por empuje de gas existe una zona de agua en el fondo, se puede aplicar un programa combinado de inyección de agua y gas, tal como se observa en la siguiente figura.

Empuje combinado de inyección de agua y gas según Willhite.

Se deben tomar precauciones con estos programas combinados de inyección, ya que existe el riesgo de que el petróleo sea desplazado hacia la región de la capa de gas y quede atrapado al final de la invasión.

En todos los tipos de empuje están presentes las fuerzas de gravedad y capilaridad, alterando positiva o negativamente la acción de tales empujes.

En caso de yacimientos de gran espesor y/o de buzamiento pronunciado, el efecto de gravedad puede hacer que el gas que sale de la solución con el petróleo fluya hacia la parte más alta de la estructura, en contracorriente con el petróleo, originando así una capa de gas secundaria o engrandeciendo la original. Esto dará un empuje adicional no existente en la capa de gas secundaria o aumentara la efectividad de la capa de gas original. Por otro lado un fuerte empuje con agua abrumara completamente un empuje por gas en solución, al mantener la presión por encima del punto de burbujeo.

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MECANISMOS DE PRODUCCIONComportamiento de Yacimientos ITESCO Ing. Petrolera.

La siguiente figura presenta curvas típicas de presión vs recobro para diferentes tipos de empuje:

De acuerdo con el comportamiento de estos mecanismos se puede resumir sus características:

Empuje por Gas en Solución: rápida declinación en presión y una eficiencia de recuperación baja.

Empuje por Capa de Gas: la presión se mantiene a un nivel más alto que en el caso de empuje por gas en solución y por tanto la eficiencia de recuperación se mejorara.El grado de mejoramiento depende del tamaño de la capa de gas en relación con el tamaño de la zona de petróleo y el procedimiento de producción utilizado.

Empuje Hidráulico: es el más eficiente en mantener la presión del yacimiento y normalmente de la mayor eficiencia de recuperación. Sin embargo, un yacimiento con empuje por capa de gas, producido de tal forma que se obtiene la mayor contribución de las fuerzas gravitacionales, puede dar una mayor recuperación que un empuje hidráulico.

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MECANISMOS DE PRODUCCIONComportamiento de Yacimientos ITESCO Ing. Petrolera.

Características de los mecanismos de producción primaria (según Takur y Satter)

Mecanismo Presión del Yacimiento

RGP Producción de Agua

Eficiencia Otros

Empuje por Agua

Permanece alta.

La presión es sensible a las

tasas de producción del petróleo, agua

y gas.

Permanece baja, si la presión

permanece alta.

Aumenta apreciablemente

y los pozos buzamiento abajo

producen agua temprano.

35 a 80 %Promedio 50

%

Empuje por Capa de Gas

Cae suave y continuamente

Aumenta continuamente

en pozos buzamiento

arriba

Ausente o insignificante

20 a 40 %Promedio ›

25 %

La ruptura del gas en los

pozos buzamiento abajo indica

un empuje por capa de gas

Empuje por gas en solución

Declina rápida y

continuamente

Primero baja, luego sube a un máximo y

cae nuevamente

Ninguna, (excepto en

yacimientos con alta SW)

5 a 35 %Promedio 20

%

Requiere bombeo al

comienzo de la producción.

Expansión de la Roca y de los

Fluidos

Declina rápida y

continuamentePi › Pb

Permanece baja y

constante

Ninguna, (excepto en

yacimientos con alta SW)

1 a 10 %Promedio 3

%

Drenaje por Gravedad

Declina rápida y

continuamente

Permanece baja en pozos buzamiento

abajo y alta en pozos

buzamiento arriba

Ausente o insignificante

40 a 80 %Promedio 60

%

Cuando K › 200 md, y el buzamiento es › 10º y la μo baja ( ‹ 5

cp).

Consulta Bibliográfica:

Fundamentos de Ingeniería de Yacimientos. Magdalena Paris de Ferrer. Maracaibo, Venezuela.

Inyección de Agua y Gas en Yacimientos Petrolíferos. Magdalena Paris de Ferrer. 2º edición. Maracaibo, Venezuela.