Técnicas de muestreo de fluidos de yacimientos

Objetivo

La obtención de muestras representativas de las condiciones originales o estado actual de los fluidos existentes en el yacimiento.

a) Estudios PVT en el yacimiento. Caracterización de fluido de yacimiento.

b) Evaluaciones económicas (estudio de volúmenes originales en sitio, reservas, etc.).

c) Análisis geoquímico para determinar la fuente de los fluidos.

d) Evaluación del comportamiento del yacimiento y estrategias de explotación.

e) Análisis especiales de núcleo y pruebas de desplazamiento en núcleos.

f) Diseño de facilidades de separación y recolección en superficie.

g) Estudios especiales de flujo (potencial de flujo, precipitación de parafinas, asfáltenos, hidratos,

etc.).

h) Diseño de plantas de refinación.

i) Detección temprana de componentes corrosivos en la composición del fluido, tales como

sulfuro de hidrógeno y/o dióxido de carbono. La presencia de estos componentes afectará la

selección de los materiales a utilizar en los tubulares del pozo (revestidor, tubería de

producción, etc.), equipos de superficie (líneas de superficie, separadores, tanques, etc.) y

plantas de procesamiento.

Drawdown

Para los fluidos que fluyen hacia un pozo en el yacimiento, una diferencia de presión debe ser mantenida entre el pozo y el área de drenaje. Esta diferencia de presión es denominada drawdown.

drawdownsAltas tasas de flujo Bajas tasas de flujo

Son generalmente divididos en dos grandes categorías: • muestreo de fondo• muestreo de superficie.

En el muestreo de fondo, las muestras son recolectadas ya sea a agujero descubierto o revestido. En el muestreo de superficie, las muestras son recolectadas en varios puntos en superficie, tales como el cabezal de pozo, líneas de producción, separadores, tanques de almacenamiento, etc.

El método seleccionado para la recolección de las muestras de fluidos es determinado principalmente por el tipo de fluido de yacimiento.

En general, los yacimientos de gas seco y húmedo las muestras de fluido se puede hacer mediante métodos de superficie o de fondo.

En yacimientos de gas condensado y petróleo volátil, típicamente el muestreo se realiza en superficie.

En yacimientos de petróleo negro, el muestreo de fluidos puede ser de fondo o superficie dependiendo el estado en que se encuentra el yacimiento.

Errores comunes asociados al muestreo de fluidos

Acondicionamiento del pozo.

El acondicionamiento de un pozo es el proceso de preparación del pozo para muestreo de fluidos del yacimiento con el propósito de remover cualquier alteración que afecte el fluido original del yacimiento producto de excesivos drawdowns, o invasión de fluidos de perforación.

Los procedimientos de acondicionamiento de un pozo generalmente toman en consideración una reducción gradual de las tasas de flujo acompañados de la medición de temperatura, presión, y tasas de flujo después de la estabilización en cada etapa.

Yacimientos de petróleo subsaturado.• Las condiciones iniciales de presión son más altas que la presión de burbuja de los fluidos, a

temperatura de yacimiento.

Altas tasas de flujo de petróleo producto de altos drawdowns pueden causar que las presiones de fondo fluyentes

entre el área de drenaje del pozo caigan por debajo de la presión de burbuja. Si esto sucede, se forman burbujas

de gas que salen de solución del petróleo, en el área de drenaje.

En este caso, un flujo bifásico es creado en la vecindad del pozo, y debe ser removido antes de comenzar las

operaciones de muestreo.

Para ello, se realiza un proceso de acondicionamiento del pozo, iniciando un proceso sistemático de reducción de

las tasas de flujo, y al mismo tiempo monitoreando la relación gas-petróleo.

El pozo esta listo para realizar el muestreo cuando la relación gas petróleo es estable (no fluctúa) después de un

período extendido flujo en pozo con tasas constantes de producción.

La muestra más representativa para este tipo de yacimiento es capturada a través de muestras de fondo.

Yacimientos de gas subsaturado.Las condiciones iniciales y actuales de presión se encuentran más altas que la presión de rocío a temperatura de yacimiento. La fase líquida se forma en el yacimiento cuando la presión cae por debajo de la presión de rocío. Para obtener una muestra proveniente de un yacimiento de gas condensado que sea representativa al fluido original del yacimiento, es importante que las siguientes observaciones sean observadas:

a) La presión de yacimiento en el área de drenaje del pozo debe estar por encima de la presión de rocío.b) Las muestras deben ser recolectadas tan pronto como sea posible, antes de una sustancial producción en el yacimiento.c) El acondicionamiento del pozo debe ser realizado lo más prologando como sea posible con el propósito de obtener flujo

estabilizado en el separador (gas y líquido).

El siguiente procedimiento para el muestreo en yacimientos de gas condensado propuesto por McCain y Alexander ha sido recomendado:

d) Producir a bajas tasas iniciales para remover los líquidos de la cadena de producción.e) Mantener una tasa razonablemente constante hasta que el pozo este limpio.f) Estabilizar las tasas de gas y condensado en el separador.g) Luego, tomar las muestras.

Yacimientos de petróleo saturados.La presión de yacimientos saturados esta por debajo de la presión de burbuja a temperatura de yacimiento. La presión en la zona del contacto gas petróleo es la presión de saturación del sistema.Los principales aspectos en el acondicionamiento de pozo en yacimientos de petróleo saturado son:

• Reducir la tasa de flujo del pozo en forma gradual.• Estabilizar el pozo a cada tasa de flujo y medir la relación gas petróleo producida cuando esta sea constante.• Continuar con la reducción de la tasa de producción hasta que no ocurran cambios importantes en la

relación gas petróleo.• Tomar las muestras.

Es considerada una buena práctica la toma de fluidos en el separador de mayor presión. Si se realiza el muestreo en fondo, es importante acondicionar el pozo a muy bajas tasas de producción durante el proceso de muestreo.

Yacimientos de gas condensado saturados.

En yacimientos de gas condensado saturados, la presión de yacimiento ha declinado por debajo de la presión de rocío, para formar una zona de líquidos móviles e inmóviles.

La formación de una fase líquida en los yacimientos de gas condensado altera la composición de los líquidos remanentes, debido a que los condensados líquidos están compuestos por muchos hidrocarburos pesados.

El muestreo en yacimientos de gas condensado saturados no es recomendable si el objetivo del programa de muestreo es la captura del fluido original del yacimiento. Sin embargo, un programa de muestreo de fluidos puede ser diseñado para otros propósitos en la gerencia de un yacimiento, como el monitoreo de progreso de explotación del yacimiento.

MUESTREO DE SUPERFICIE

Ventajas:

• Relativo bajo costo.• Conveniencia logística.• Son de fácil manejo en superficie.• Permite tomar muestras de gran volumen.• Toma muestra de todo tipo de fluido. • El muestreo en superficie tiene un alto

potencial para obtener muestras limpias como resultado de la producción de grandes volúmenes de fluidos antes de la operación.

• La proporción en que quedan recombinados el gas y el petróleo dependen de la exactitud de las mediciones de las tasas de flujo de gas y petróleo.

• Los errores en la medición de las tasas de flujo para recombinar las muestras tienen influencia directa en la determinación de la presión de burbujeo.

Desventajas:

TÉCNICAS DE MUESTREO DE SUPERFICIE

• Separador.

• Cabeza de Pozo.

• Isocinético.

SEPARADOR• Existen 3 formas para saber cuántos cilindros de gas se tienen que muestrear

para poder realizar una recombinación correcta en laboratorio, estos son:

• TABLA DE GOR

POR MEDIO DE GRÁFICA

POR CORRELACIÓN

Para una típica muestra de separador de 600 cc de crudo y 20 L de gas, Mc Aleese sugiere una ecuación práctica que puede ser usado para determinar el volumen de gas a muestrear.

Las muestras de petróleo del separador son tomadas en cilindros de pistón flotante, que típicamente tiene una capacidad de 600 cc y una temperatura 300 F - 400 F y una presión de 15000 psi. Las muestras de gas se toman usualmente en un cilindro de 20 L con una temperatura de 200 F - 250 F y una presión 2000 psi - 3000 psi. Este tipo de muestreo se recomienda para crudos negros y volátiles.

TOMA DE MUESTRA DE GAS

• 1) Conectar el tubo de la válvula A al separador, se abre la válvula A y se vuelve a cerrar, posteriormente se abren y se cierran las válvulas B y C. • 2) Se abren las válvulas B y C, luego se abre y se cierra la válvula A para purgar el aire y

rápidamente se cierra la válvula B. Se prosigue a reabrir lentamente la válvula A para establecer la presión de separador del equipo de muestreo. • 3) Se conecta la parte de entrada del muestreador a la válvula D. Se abre la válvula C, y

después se abre y se cierra rápidamente la válvula B para purga el aire de la línea. • 4) Se abre la válvula D y se deja ir llenando el recipiente teniendo presente que el

manómetro debe siempre indicar la presión de separador, esta presión se controla cerrando y abriendo la válvula D. • 5) Cuando se llena el recipiente se procede a cerrar las válvulas D y B. • 6) Se desconecta entonces el recipiente y se prosigue a llenar los siguientes recipientes

necesarios. • 7) Al final se purgan todas las líneas, y se tapan las válvulas de los recipientes con

sellos.

TOMA DE MUESTRA DE LIQUIDO

• 1) Se ubica apropiadamente la válvula A en el separador, y se procede a abrir la válvula B y C.

• 2) Se abre la válvula A lentamente y también se comienza a abrir la válvula B para purgar el aceite, el aceite purgado se almacenado, y se cierra la válvula B.

• 3) Se conecta la entrada del muestreador en la válvula D y se procede a abrirla y cerrar la válvula C y abrir la válvula B para presurizar la conexión con el conteiner y cualquier volumen muerto del conteiner. Se cierra la válvula B y se abre la válvula C; así se purga el aceite equivalente al volumen de las conexiones, cierra la válvula C, y ahora toda la presión de separador será la del equipo de muestreo hasta el del pistón.

• 4) Con cautela abrir la válvula E y controlarla para mantener la presión de separador, el proceso se detiene cuando se recoge el volumen deseado, se cierran las válvulas E, D y B en ese orden.

• 5) Se abre la válvula E y se drena 10% del volumen del recipiente del aceite hidráulico, esto creara el espacio de vapor necesario en el recipiente sin alterar la composición global de la muestra de aceite. Se cierra la válvula E.

• 6) Se vuelven y se purgan las conexiones y se prosigue a tomar más muestras.

CABEZA DE POZO

Sólo se realiza si se sabe que la presión y temperatura de cabeza de pozo es igual a la presión de saturación de los fluidos. El Gas seco puede ser muestreado en cabeza de pozo así como los gases pobres y crudos de bajo GOR. Entonces, si la muestra fluye en 2 fases a la cabeza de pozo se tomara una muestra no representativa ya que las dos fases no fluirán en la misma proporción a la del yacimiento. Las muestras de fluidos se seguirán tomando del separador.

ISOCINÉTICO

Implica recoger las muestras de la producción de pozo en un flujo de dos fases, utilizan una corriente lateral para permitir que el fluido recogido fluya en dos fases y en proporción a la del pozo. Se deben cumplir dos condiciones: control en la corriente lateral de manera que entre a la misma velocidad que la corriente principal (isocinético) y asegurar que el flujo sea turbulento de manera que la fase menos importante se quede en la fase principal. Aunque se ha utilizado durante 60 años muchos lo consideran en una etapa de desarrollo aun, una aplicación actual es un muestreo de las corriente de gas del separador y a partir de esto calcula una figura para la eficiencia del separador. Esta es usada para modificar el GOR que se usara en la recombinación del muestreo, pero esta debe compararse con la eficiencia del separador.

Métodos de muestreo de fondo y herramientas.

Las herramientas de muestreo de fondo serán descritas a continuación:

a) Muestreador de fondo convencional.

b) Muestreador de fondo con cámara compensada.

c) Muestreador monofásico.

d) Muestreador exotérmico.

Muestreador de fondo convencional.Los muestreadores de fondo convencionales son cámaras con válvulas que son usados para la captura de fluidos, especialmente en aquellos pozos que se encuentran el hoyo revestido. Estos son corridos generalmente con un cable de acero. Estos muestreadores utilizan la técnica de flujo a través de la cámara para la captura de fluido. • Para la técnica de flujo a través de la cámara, la herramienta es bajada dentro del pozo con las válvulas

abiertas. Como la herramienta desciende a través del pozo, la cámara de muestreo es limpiada con el fluido del pozo. Con la profundidad de muestreo seleccionada, las válvulas se accionan para cerrar por tiempo, o por mecanismos eléctricos, dependiendo del tipo de herramienta.

• Para la técnica de la cámara de vacío, la misma es posicionada con equipo de guaya a la profundidad deseada. Posteriormente las válvulas son abiertas y la cámara se llena con los fluidos que se encuentran en el pozo a la profundidad de posicionamiento.

En cualquiera de las técnicas, el muestreador lleno de fluido es retirado hasta la superficie, y luego el fluido alojado se transfiere a otro cilindro, que luego son transportados al laboratorio. En muchos muestreadores, el fluido de desplazamiento durante la transferencia suele ser mercurio, agua o glicol. El uso del mercurio ha disminuido en el tiempo debido a aspectos de seguridad medioambiental. Una alternativa practica es la de transportar el muestreador directamente al laboratorio, que con equipos más especializados se puede transferir la muestra de fluido hacia otro recipiente contenedorEsta opción es adecuada para muestras de gas condensado o muestras de petróleo parafinoso o asfaltenico la cual pueden precipitar debido a los cambios de presión y temperatura.

Muestreador de fondo con cámara compensada.Los muestreadores con cámara compensada pertenecen a la nueva generación de muestreadores de tipo convencional. Ellos están equipados con un pistón en la cámara de muestra que separa la muestra de fluido del yacimiento del fluido hidráulico al otro lado del pistón.

Estos eliminan el uso de mercurio u otro fluido para la transferencia de la muestra a otros cilindros de transporte.

Estos muestreadores con cámaras compensadas permiten que la tasa de fluido que se esta muestreando pueda ser controlada aplicando una contrapresión durante el proceso de muestreo. Esto mejora el proceso de recolectar muestras monofásicas. Sin embargo, es importante mencionar que este tipo de herramientas pueden dañarse, es decir, se puede romper el pistón permitiendo el paso del fluido hidráulico hacia la muestra de fluido de yacimiento, contaminándola.

Muestreador Monofásico.Los muestreadores monofásicos son usados para capturar fluido de yacimiento la cual puede contener asfaltenos en solución. Los asfaltenos, como es sabido, pueden flocularse y precipitarse si las condiciones del muestreo (presión y temperatura), son reducidas.

Los muestreadores multifásicos son compensados aplicando una contrapresión con nitrógeno en vez de un pistón en la cámara de muestreo. Mediante el mantenimiento de la contrapresión mucho más alta que la presión de yacimiento, es de esperar que se mantengan las condiciones monofásicas en la cámara de muestreo. Sin embargo, desde que la muestra es sometida a una reducción de temperatura cuando esta es sacada hasta superficie, es probable que algún precipitado de asfalteno pueda ocurrir, dependiendo de la concentración de asfaltenos de la muestra.

La práctica estándar en muchos laboratorios es restaurar la muestra recalentándola y manteniéndola a la temperatura y la presión del yacimiento durante muchos días en constante agitación para alcanzar una mezcla de lo que en ella esta contenida.

El proceso de precipitación de asfaltenos puede no ser completamente reversible aún después de un extenso período de recalentamiento y mezclado. Si la precipitación de asfaltenos llegase a ser crítica para el diseño de procesos, es preferible que la muestra de fluidos sea realizada mediante muestreadores exotérmicos con temperatura compensada.

Muestreadores Exotérmicos. 

Los muestreadores exotérmicos son similares a los muestreadores monofásicos excepto de que estos son diseñados para el mantenimiento de la temperatura de la muestra.

Estas son usadas principalmente para muestras que contienen asfaltenos. El principal objetivo es prevenir que los asfaltenos precipiten, manteniendo la temperatura y la presión de la cámara de muestra tan cerca como sea posible de las condiciones del muestreo,

Los muestreadores exotérmicos son mantenidos calientes con una camisa de calentamiento operada a baterías.