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Parte 4 a)

Yacimientos II M.I. Juan Pedro Morales Salazar

4.1 Principios básicos 4.2 Antecedentes de las pruebas de presión 4.3 Principales pruebas de presión 4.4 Efecto de almacenamiento y daño en el pozo 4.5 Análisis de datos de producción

4.1.1 Herramientas de la caracterización dinámica 4.1.1.1 Datos históricos de producción 4.1.1.2 Pruebas de variación de presión 4.1.1.3 Registros de presión de fondo fluyendo y cerrado 4.1.1.4 Registros de molinete hidráulico y temperatura 4.1.1.5 Trazadores radioactivos 4.1.1.6 Comportamiento del yacimiento

Las herramientas utilizadas para la caracterización dinámica son: 1. Datos históricos de producción 2. Pruebas de variación de presión 3. Registros de presión de fondo fluyendo y cerrado 4. Registros de molinete hidráulico y temperatura 5. Trazadores radioactivos 6. Comportamiento del yacimiento

Datos históricos de producción El análisis de datos de producción de un pozo no solo permite determinar el tipo de declinación, sino que también proporciona datos sobre el volumen de drene del pozo, los patrones de flujo y las fronteras que lo limitan. En algunos casos se puede calcular la permeabilidad ( ) y el daño ( ). La historia de producción de pozos (o del yacimiento) puede considerarse como una prueba de decremento con gasto variable.

Introducción

Pruebas de variación de presión A través de estas pruebas es posible evaluar con alto grado de certidumbre la permeabilidad, anisotropía, volumen poroso, compresibilidad total del sistema, doble porosidad, doble permeabilidad, fallas, discordancias, fracturas, etc.

Pruebas de variación de presión

Prueba en un solo pozo Definición: Medición continua del cambio presión en el fondo del pozo debido a un cambio en las condiciones producción o inyección en el mismo pozo.

Pulsante (Inyector o Productor)

Prueba Multipozo Observador (Cerrado)

Distancia entre pozos

Prueba de interferencia Definición: Medición continua en un pozo de observación de la respuesta de presión causada por un cambio del gasto (caudal) en otro pozo (activo). Pozo de Observación

Pozo Activo

q

p(t)

Prueba de Interferencia entre los pozos Yag-3 (Pulsante) con Yag-11 y Yag-33 como pozos observadores. Aprovechando la operación de limpieza del aparejo de producción del pozo Yag-3 se realizó prueba de interferencia

Prueba de interferencia

Pozo Pulsante

Pozo Observador

Distancia entre pozos (pies)

Tendencia (psi/día)

Tiempo de retrazo (hrs)

Dp Máximo (psi)

Yag-3

Yag-33

2870.87

m=1.5

4.0

2

Yag-3

Yag-11

2474.7

m=2.5

3

2.4

Prueba de interferencia Repuesta de presión en el pozo Observador Prueba Multipozo

Registro permanente de presión de fondo

Ventajas y desventajas de las pruebas de presión contra datos de producción

Registros de presión de fondo fluyendo y cerrado

Medición de presión de fondo fluyendo (RPFF) La medición se toma a distintas profundidades (estaciones), la inicial corresponde con el árbol de válvulas. La estación final será la profundidad correspondiente al extremo inferior de la TP, o en caso de pozos terminados sin esta, será de 100 [m] verticales arriba del intervalo abierto productor mas somero.

Registros de presión de fondo fluyendo y cerrado

Registros de presión de fondo fluyendo y cerrado

Registros de presión de fondo fluyendo y cerrado

Registros de presión de fondo fluyendo y cerrado

Registros de presión de fondo cerrado

Medición de presión de fondo cerrado (RPFC) Se miden la presión y temperatura de un pozo, se toma a distintas profundidades (estaciones), la inicial corresponde con el árbol de válvulas. La estación final será la profundidad correspondiente al extremo inferior de la TP, o en caso de pozos terminados sin esta, será de 100 [m] verticales arriba del intervalo abierto productor mas somero. Se debe considerar para definición de cierre de pozo, el comportamiento de pruebas de presión tomadas en el campo.

Registros de molinete hidráulico y temperatura • Se utilizan para determinar la aportación de cada uno de los intervalos abiertos a producción o inyección y poder elaborar perfiles de producción o de inyección. • También es posible hallar mediante el uso del gradiomanómetro la distribución vertical de la naturaleza del fluido producido por un pozo. Identificación de fluidos producidos: Agua, aceite y gas. • Medición de gastos a condiciones de fondo

Registros de molinete hidráulico y temperatura

Gradiomanómetro Mide la diferencia de presión entre dos sensores separados por una distancia de 2 pies, lo que permite derivar la densidad del fluido en el pozo. = ℎ /10 Donde: P(kg/cm2) presión en un punto cualquiera dentro del pozo. r (gr/cm3) densidad del fluido dentro del pozo. El gradiomanómetro está graduado en unidades de densidad, gr/cm3, y es calibrado en superficie, con fluidos de agua y aire, para valores de 1.0 y 0.0, respectivamente.

Esquema del gradiomanómetro

Medidor de flujo  Medidor Flujo Continuo: Buen resultado en flujo en una fase y altos gastos  Medidor con empacador inflable: Flujo multifásico, caudales, alto y bajo gasto. Solo es afectado por la viscosidad  Medidor de Flujo de Caudal Total: Buen resultado en flujo multifásico, bajo y alto gasto y gran rango de viscosidades

Molinete Es un velocímetro tipo hélice (molinete) que se utiliza para medir la velocidad de los fluidos en el fondo del pozo. La velocidad de la propela está en función de la velocidad del fluido producido o inyectado, previamente a la operación de esta herramienta se debe de realizar varias corridas de calibración, con la finalidad de que la herramienta opere en condiciones optimas.

Molinete

Molinete

Molinete Principio básico de funcionamiento: Mediante la velocidad del fluido y la sección transversal al flujo se determina el gasto de fondo: = 0.83





Molinete Perfil de las velocidades de fluido dentro del revestimiento. En general, la velocidad es mayor en la parte central de la tubería, que cerca de la pared. Sin embargo la velocidad medida por el sensor corresponde a una velocidad promedio del fluido. Por lo tanto se acostumbra aplicar un factor de corrección de velocidad de flujo de 0.83, que corresponde a los resultados obtenidos en una gran cantidad de registros de pozo y de mediciones en el laboratorio. El factor de corrección es válido únicamente en el caso común de una hélice centralizada

Aplicaciones del registro de molinete A) Evaluación de perfiles de producción:

B) Determinación de flujo cruzado

Registro de molinete en pozo inyector de agua

Ejemplo de datos reales PLT EJEMPLO 4700

10 9

4500 8 7 4300

4100

5 4

3900 3 2 3700 1 3500

0 0

10

20

30

40

DELTA T (horas) PRESIÓN

MOLINETE

50

60

(RPS)

P(PSIA)

6

Trazadores radioactivos Sustancia química o radioactiva, que se agrega o se encuentra en los fluidos inyectados al yacimiento con el propósito de identificar las direcciones preferentes de flujo entre pozos productores e inyectores dentro de un yacimiento. Dentro de la inyección de trazadores se encuentran las actividades de muestreo, dilución, adsorción y tiempo de tránsito.

Trazadores radioactivos Trazadores pasivos Se mueven con el fluido inyectado y no presentan interacciones con la roca del yacimiento ni sus fluidos. Trazadores activos Interactúan con rocas y/o fluidos del yacimiento.

Para aplicar de manera mas confiable los diversos modelos de flujo que se utilizan en la interpretación de pruebas de presión, es conveniente conocer la naturaleza del flujo de fluidos.

Transmiscibilidad Representa la facilidad con que fluye el fluido en el medio poroso y es proporcional a la permeabilidad por el espesor e inversamente proporcional a la viscosidad.

=

ℎ

Coeficiente de difusividad hidraúlica Facilidad con que se trasmiten los cambios de presión en el sistema.

η=

Capacidad de almacenamiento Al combinar la transmisibilidad y el coeficiente de difusión hidráulica, se obtiene la ecuación de la capacidad de almacenamiento; representa la cantidad de fluido que se debe remover o añadir al medio por unidad de área, para modificar la presión en una unidad.

=

ℎ

Tipos de flujo en un yacimiento A) De acuerdo a las dimensiones  Una dimensión (Lineal, Radial, Esférico)  Dos dimensiones (Lineal, Radial, Esférico)  Tres Dimensiones (Lineal, Radial, Esférico) B) De acuerdo a las fases • Monofásico • Multifásico C) De acuerdo al régimen: =

,

= ( , ), Transitorio (variable) o de comportamiento infinito.

= 0, Estacionario ( permanente), la presión en la frontera exterior permanece constante

Geometrías de flujo LINEAL

ESFERICO

Bilineal

RADIAL

Flujo de fluidos en el yacimiento Las principales fuerzas que intervienen en el movimiento de fluidos en un yacimiento de hidrocarburos son: • Fuerza de presión. • Fuerza de segregación gravitacional. • Fuerza de la viscosidad. • Fuerza de capilaridad.

Fuerza de presión Matemáticamente se define como:

⃗ =− El signo negativo se establece por convención para indicar que la fuerza de presión es positiva en la dirección en la cual disminuye la presión. La fuerza de presión en la componente x queda de la siguiente manera:

⃗

=−

Fuerza de segregación gravitacional Es la suma de la fuerza de empuje y la fuerza de gravedad. ⃗ = ⃗ + ⃗ = −

Fuerza de la viscosidad A partir de las leyes de flujo capilar se tiene: ⃗ =− El signo menos indica que ⃗ y opuestos.

tienen sentidos

Fuerza de capilaridad En la unidad 1 de este curso se estudió que: =

2 ⃗ cos

Al definir fuerza=presión*área, se considera un área igual a ( /ℎ). ⃗ =

2 ⃗ cos ℎ

La suma de todas las fuerzas debe ser igual a cero

⃗ + ⃗ + ⃗ + ⃗

=0

Forma general de la ecuación de Darcy Sustituyendo los términos respectivos: 2 ⃗ cos − ℎ

−

+

−

=0

Despejando la velocidad . =−

2 ⃗ cos − − ℎ

−

Forma general de la ecuación de Darcy De la diapositiva anterior, despreciando las fuerzas capilares y los efectos gravitacionales se tiene la ecuación de general de Darcy para flujo lineal en términos de la velocidad:

=− Donde: =

Si

=

+

+

= 0 la ecuación de Darcy en términos de la velocidad en dirección

x, queda expresada de la siguiente forma:

=−

Ecuación de difusión

Ecuación de difusión De la figura anterior el flujo másico que entra al elemento en la dirección , está definido por: ∆ ∆

El flujo másico que sale en dirección : ∆ ∆ [

+∆

]

El flujo neto en la dirección (masa que entra menos masa que sale) queda: ∆ ∆ ∆(

)

Ecuación de difusión Escribiendo expresiones de flujo similares en las tres direcciones y tomando en cuenta que el flujo se genera en un incremento de tiempo ∆ se tiene: −∆ [∆

∆ ∆ +∆

∆ ∆ +∆

∆ ∆ ]=

∆ ∆ ∆

∆

−

∆ ∆ ∆

Dividendo la ecuación entre ∆ ∆ ∆ ∆ se tiene: −

∆ ∆

+

∆ ∆

+

∆ ∆

=

[

]

∆

−[

]

∆

En el límite cuando ∆ , ∆ , ∆ , ∆ tienden a cero se obtiene:

+

+

=−

(

)

A la ecuación final se le conoce como ecuación de continuidad en coordenadas cartesianas.

Ecuación de difusión Combinando las ecuaciones de continuidad y la ecuación general de Darcy se tiene: +

+

=

Resolviendo para la dirección . =

(

)

(

)

Ecuación de difusión Utilizando la derivada de la multiplicación de dos funciones de ambos lados, se tiene: +

=

+

Multiplicando la ecuación por , aplicando la ley de la cadena y reordenando se tiene: +

=

+

Ecuación de difusión Como

es muy pequeño,

tiende a cero:

=

+

Factorizando de lado derecho de la ecuación y dividiendo todo entre se tiene: =

1

+

1

Ecuación de difusión Introduciendo las definiciones de las compresibilidades del aceite y de la formación.

=

1

=

1

Como se sabe que = + , se sustituye la compresibilidad total en la última ecuación de la diapositiva anterior.

=

Ecuación de difusión Despejando y si se sabe que la permeabilidad es la misma en todas direcciones.

= La ecuación anterior es la ecuación de difusión en la dirección , generalizando a tres dimensiones se tiene:

= Donde: =

+

+

Ecuación de difusión La última ecuación de la diapositiva anterior es la ecuación de difusión general para coordenadas cartesianas, de manera similar se obtiene una expresión para coordenadas cilíndricas.

+

1

=

Ecuación de difusión

Variables adimensionales La distribución de presión en un yacimiento durante la producción, depende de una gran cantidad de parámetros. Esto significa que es prácticamente imposible graficar el comportamiento del medio en términos de variables reales, debido a que el número de variables es excesivo. Por esta razón se utilizan variables adimensionales. Estas permiten generalizar y facilitar la presentación de las soluciones de la ecuación de difusión.

Variables adimensionales

Variables adimensionales

Solución a la ecuación de difusión Para obtener la solución de la ecuación de difusión para flujo radial en variables adimensionales considerando un yacimiento homogéneo: 1) Condición inicial: , = 0; ≤ 0 2) Condición de frontera interna: El pozo produce a gasto constante: = −1 3) Condición de frontera externa: Yacimiento infinito. lim

,

→

+

1

=0

=

Solución a la ecuación de difusión Aplicando la transformada de Laplace, la ecuación de Bessel modificada de orden cero y las funciones Bessel, se obtiene la solución línea fuente: 1 = − 2 4 Donde: = Integral exponencial. Cuando−

> 0,

=

.

se calcula mediante un polinomio,

por lo que la ecuación anterior queda:

1 = 2

−

4

Solución a la ecuación de difusión Para pruebas de presión en un solo pozo

1 = 2

= 1, lo cual implica que:

1 − 4

Las pruebas de presión en un solo pozo son: i. De incremento. ii. De decremento. iii. De inyectividad. iv. Falloff. Esta prueba se lleva a cabo cuando los pozos no tienen energía para llevar los fluidos a la superficie. Debido a que para la estimación de las propiedades del yacimiento se requiere de una perturbación, ésta se genera mediante la inyección de un fluido (salmuera, aceite de la formación o diesel). Los periodos de inyección son cortos.

Construcción de la curva tipo Una curva tipo es una gráfica universal, por lo que esta debe estar en variables adimensionales. Es universal debido a que puede ser aplicada para todos los yacimientos que cumplan con las premisas para la obtención de la solución línea fuente (yacimiento infinito, homogéneo, flujo radial, gasto constante).

Construcción de la curva tipo Suponer valores en escala logarítmica para:

Inicio

Calcular: 4

Evaluar

( ), donde

a) Para 0 ≤

=

: