8/4/2019 Tipos de Yacimientos y Empujes

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UNIVERSIDAD VERACRUZANA

CAMPUS: POZA RICA - TUXPAN

TIPOS DE YACIMIENTOS Y EMPUJES

EXPERIENCIA: CARACTERIZACINESTTICA DE YACIMIENTOS

CATEDRTICO: ING. GUSTAVO

ESPINOSA BARREDA

ALUMNO: LUIS ANGEL ZAYAS GARCA

CARRERA: INGENIERA PETROLERA

SEMESTRE: 5o

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TIPOS DE YACIMIENTOS Y EMPUJES

Definicin de Yacimientos de Hidrocarburos

Se entiende por yacimiento la porcin de una trampa geolgica quecontiene hidrocarburos, la cual se comporta como un sistemaintercomunicado hidrulicamente. Los hidrocarburos ocupan los poros ohuecos de la roca almacenante y estn a alta presin y temperatura, debidoa la profundidad a que se encuentra el yacimiento.

Diferentes clasificaciones de yacimientos

Los yacimientos de hidrocarburos se han agrupado considerando diversosfactores, por lo que han surgido las siguientes clasificaciones.

De acuerdo con el tipo de roca almacenadora

Arenas, cuya porosidad se debe a la textura de los fragmentos, pueden

ser arenas limpias o sucias, estas ltimas contienen: cieno, limo, lignita,bentonita, etc.

Calizas detrticas, formadas por la acumulacin de fragmentos de

calizas o dolomitas.Calizas porosas cristalinas, su porosidad se debe principalmente

al fenmeno de disolucin.

Calizas fracturadas, su porosidad se debe principalmente a la

presencia de fracturas.

Calizas oolticas, cuya porosidad se debe a la textura ooltica, con

intersticios no cementados o parcialmente cementados.

Areniscas, son arenas con un alto grado de cementacin por materiales

calcreos, dolomticos, arcillosos, etc.

De acuerdo con el tipo de trampa

Estructurales, Como los anticlinales, por falla o por penetracin de

domos salinos (Fig. 1).

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Estratigrficas, debidas a cambios de facies o discordancias (Fig. 2).

Combinadas, son trampas que resultan de la combinacin de

caractersticas tanto estructurales como estratigrficas (Fig. 3).

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De acuerdo con el tipo de fluidos almacenados

Yacimientos de aceite y gas disuelto. Todos los yacimientos de

aceite contienen gas disuelto, cuando la presin inicial es mayor que la

presin de saturacin, todo el gas original se encuentra disuelto en elaceite.

Yacimientos de aceite, gas disuelto y gas libre. Algunos

yacimientos de aceite tienen gas libre desde el principio de su explotacin,en este caso, la presin inicial es menor a la presin de saturacin.

Yacimientos de gas seco, sus condiciones originales de presin,

temperatura y composicin son tales que durante su vida productiva el gasest en una sola fase, tanto en el yacimiento como en la superficie.

Yacimientos de gas hmedo, sus condiciones originales de

presin, temperatura y composicin son tales que durante su vidaproductiva el gas en el yacimiento est en una sola fase, pero en lasuperficie se recuperar en dos fases.

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Yacimientos de gas y condensado, sus condiciones originales de

presin, temperatura y composicin son tales que en cierta etapa de laexplotacin se presentar el fenmeno de condensacin retrgrada y desde

luego la produccin en la superficie ser en dos fases.

De acuerdo con la presin original

Yacimientos de aceite bajosaturado, su presin original es

mayor que la presin de saturacin. Arriba de esta presin todo el gaspresente est disuelto en el aceite (yacimientos de aceite y gas disuelto).

Yacimientos de aceite saturado, su presin original es igual o

menor que la presin de saturacin. El gas presente puede estar libre (enforma dispersa o acumulado en el casquete) y disuelto.

Es prctica comn clasificar a los yacimientos petroleros de acuerdo a lascaractersticas de los hidrocarburos producidos y a las condiciones bajo lascuales se presenta su acumulacin en el subsuelo.

As, tomando en cuenta las caractersticas de los fluidos producidos, setienen yacimientos de: aceite, aceite ligero (voltil), gas seco, gas hmedo

y de gas y condensado.

Las caractersticas de los fluidos producidos para delimitar un yacimientodentro de la clasificacin anterior son:

Yacimientos de aceite.- Producen un lquido negro o verde

negruzco, con una densidad relativa mayor de 0.800 y una relacin gas-aceite instantnea menor de 200 m3g / m3o.

Yacimientos de aceite voltil.- Producen un lquido caf obscuro,con una densidad relativa entre 0.740 y 0.800 y con una relacin gas-aceiteinstantnea entre 200 y 1,500 m3g / m3o.

Yacimientos de gas y condensado.- Producen un lquido

ligeramente caf o pajizo, con una densidad relativa entre 0.740 y 0.780 y

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con relaciones gas-aceite instantneas que varan de 1,500 a 12, 000 m3g /m3o.

Yacimientos de gas hmedo.-Producen un lquido transparente,

con una densidad relativa menor de 0.740 y con relaciones gas-aceite entre10,000 y 20,000 m3g / m3o.

Yacimientos de gas seco.- Producen un lquido ligero;

transparente (si lo hay) y con relaciones gas-aceite mayores de 20,000 m3g/ m3o.

La clasificacin anterior no es precisa, ya que con la nica base de larelacin gas-aceite instantnea y el color del lquido producido no siempre

se puede definir un yacimiento dentro de ella.

TIPOS DE ACEITE

Aceite saturado.- Es aquel que a las condiciones de presin y

temperatura a que se encuentra est en equilibrio con su gas.

Aceite bajo saturado.- Es el que, a las condiciones de presin y

temperatura a que se encuentra, es capaz de disolver ms gas.

Aceite supersaturado.- Es aquel que en las condiciones de presin y

temperatura a que se encuentra, tiene mayor cantidad de gas disuelto queel que le correspondera en condiciones de equilibrio.

Saturacin crtica de un fluido.- Es la saturacin mnima necesaria

para que exista escurrimiento de dicho fluido en el yacimiento.

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MECANISMOS DE DESPLAZAMIENTO DE LOS FLUIDOS

EN LOS YACIMIENTOS

Procesos de desplazamiento

La recuperacin del aceite se obtiene mediante un proceso dedesplazamiento. El gradiente de presin obliga al aceite a fluir hacia lospozos, pero ese movimiento se verifica solamente si otro material llena elespacio desocupado por el aceite y mantiene, en dicho espacio, la presinrequerida para continuar el movimiento de los fluidos. En cierto modo elaceite no fluye del yacimiento, sino que es expulsado mediante un procesode desplazamiento, siendo los principales agentes desplazantes el gas y elagua.

Los procesos de desplazamiento son:

1.- Expansin de la roca y los lquidos.

2,- Empuje por gas disuelto liberado.

3.- Empuje por capa de gas,

4.- Empuje por agua.

5.- Desplazamiento por segregacin gravitacional.

6.- Combinacin de empujes.

Expansin de la roca y los lquidos

Este proceso de desplazamiento ocurre en los yacimientos bajosaturados,hasta que se alcanza la presin de saturacin, La expulsin del aceite sedebe a la expansin del sistema. El aceite, el agua congenita y la roca seexpanden, desalojando haca los pozos productores el aceite contenido en

el yacimiento. Dada la baja compresibilidad del sistema, el ritmo dedeclinacin de la presin con respecto a la extraccin, es muy pronunciado.La 1iberacin del gas disuelto en el aceite ocurre en la tubera deproduccin, al nivel en que se obtiene la presin de saturacin. La relacingas-aceite producidapermanece, por lo tanto, constante durante esta etapade explotacin, e igual a Rsi. La saturacin de aceite prcticamente no

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vara. La porosidad y la permeabilidad absoluta disminuyen ligeramente, ascomo, la viscosidad del aceite. El factor de volumen del aceite aumentatambin en forma muy ligera. Debido a estas circunstancias, como se puedever en la ecuacin (69), el ndice de productividad permanece

prcticamente constante.

Empuje de gas disuelto liberado

Una vez iniciada en el yacimiento la liberacin del gas disuelto en el aceite,al alcanzarse la presin de saturacin, el mecanismo de desplazamiento delaceite se deber, primordialmente, al empuje de gas disuelto liberado; yaque si bien es cierto que tanto el agua intersticial y la roca continuarnexpandindose, su efecto resulta depreciable, puesto que lacompresibilidad (o expansionabi1idad) del gas es mucho mayor que la delos otros componentes de la formacin. El gas liberado no fluyeinicialmente hacia los pozos, sino que se acumula en forma de pequeasburbujas aisladas, las cuales por motivo de la declinacin de la presin,

llegan a formar posteriormente una fase continua, que permitir el flujo degas hacia los pozos*. La saturacin de gas mnima para que ocurra flujo delmismo se denomina saturacin de gas crtica. Durante esta etapa, en la quela saturacin de gas es menor que la crtica, la relacin gas-aceite producidadisminuye ligeramente, ya que el gas disuelto en el aceite,que se libera,queda atrapado en el yacimiento. El gas liberado llena totalmente elespacio desocupado por el aceite producido. La saturacin de aceitedisminuir constantemente, a causa de su produccin y encogimiento por laliberacin del gas disuelto; por lo tanto, mientras que la permeabilidad al

aceite disminuye continuamente, la permeabilidad al gas aumentar. El gasfluir ms fcilmente que el aceite, debido a que es ms ligero, menosviscoso y a que en su trayectoria se desplaza por la parte central de losporos (bajo condiciones equivalentes, su movilidad es mucho mayor que ladel aceite). De esta manera la relacin gas-aceite que fluye en el yacimientoaumentar constantemente y la relacin gas-aceite producida en lasuperficie mostrar un progresivo incremento, hasta que la presin del

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yacimiento se abata substancialmente. Cuando sto ocurra, la relacinmedida en la superficie disminuir, debido a que a presiones bajas, losvolmenes de gas en el yacimiento se aproximan a los volmenes medidosen la superfice.

Debido a que este tipo de mecanismo se presenta generalmente enyacimientos cerrados, la produccin de agua es muy pequea o nula. Lasrecuperaciones por empuje de gas disuelto son casi siempre bajas, variandogeneralmente entre el 5 y el 35% del aceite contenido a la presin desaturacin,

Cuando este mecanismo de desplazamiento ocurre en yacimientos que nopresentan condiciones favorables de segregacin, la recuperacin es

totalmente independiente del ritmo de extraccin.

Se acostumbra representar grficamente el comportamiento de losyacimientos indicando la variacin de la presin y la relacin gas-aceitecontra la recuperacin o la produccin acumulativa. En la figura 35 semuestra diagramticamente el comportamiento de un yacimientoproductor bajo los dos mecanismo indicados.

Empuje por capa o casquete de gas.

El empuje por capa de gas consiste en una invasin progresiva de la zona deaceite por gas, acompaada por un desplazamiento direccional del aceite

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fuera de la zona de gas libre,y hacia los pozos productores. Losrequerimientos bsicos son:

I.- Que la parte superior del yacimiento contenga una alta saturacin de

gas.II.- Que exista un continuo crecimiento o agrandamiento de la zonaocupada por el casquete de gas.

La zona de gas libre requerida puede presentarse de tres maneras:

a) Existir inicialmente en el yacimiento como casquete.b) Bajo ciertas condiciones, puede formarse por la acumulacin de gasliberado por el aceite al abatirse la presin del yacimiento, a consecuencia

de la segregacin gravitacional.c) La capa de gas puede crearse artificialmente por inyeccin de gas en laparte superior del yacimiento, si existen condiciones favorables para susegregacin.

El mecanismo por el cual el aceite se recupera bajo este proceso, seentiende fcilmente considerando primero la naturaleza deldesplazamiento cuando la presin del yacimiento se mantiene constantepor inyeccin de gas, y analizando a continuacin las diferencias que surgen

cuando se permite la declinacin de la presin en el yacimiento. Es obvioque si la presin del yacimiento se mantiene en su valor original, el gasinyectado no tiene acceso a la zona de aceite, excepto atrs o en el frentede avance del gas libre y por lo tanto la parte inferior de la estructuraconserva sus condiciones originales de saturacin de aceite, hasta que seinvade por el gas inyectado. La produccin de aceite proviene de los pozoslocalizados en la zona de aceite, pero el aceite producido es reemplazadopor el que se mueve adelante del frente de gas. En esta forma el procesoobliga al aceite a moverse haca la parte inferior del yacimiento.

La ventaja de este mecanismo consiste en que propicia, mediante unaadecuada localizacin y terminacin de los pozos, la obtencin deproducciones de aceite de la seccin del yacimiento que no -contiene gaslibre, retenindose, en la parte superior del yacimiento, el gas libre que seutiliza para desplazar el aceite.

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Sin inyeccin de gas, el empuje por capa de gas tendr lugar en virtud de .laexpansin del gas del casquete, debida a la declinacin de la presin. S elvolumen de gas libre inicialmente presente en el yacimiento es grande,comparado con el volumen total original de aceite, y si no se produce gas

libre durante la explotacin, la declinacin de presin requerida para lainvasin total de la zona de aceite por el casquete de gas ser ligera y elcomportamiento del yacimiento se aproximar al obtenido con inyeccinde gas. Si por otra parte el volumen de la capa de gas es relativamentepequeo, la presin del yacimiento declinar a mayor ritmo, permitiendo laliberacin del gas disuelto y el desarrollo de una saturacin de gas libre enla zona de aceite. Cuando la saturacin de gas libre forme una fasecontinua, su exclusin de los pozos productores ser imposible y elmecanismo de desplazamiento se aproximar al de empuje por gas

disuelto.

Las recuperaciones en yacimientos con capa de gas varan normalmente del20 al 40% del aceite contenido originalmente, pero si existen condicionesfavorables de segregacin se pueden obtener recu peraciones del orden del60% o ms.

Empuje por agua

El desplazamiento por invasin de agua es en muchos sentidos similar al delcasquete de gas. El desplazamiento de los hidrocarburos tiene lugar en estecaso atrs y en la interfase agua-aceite mvil. En este proceso el aguainvade y desplaza al aceite, progresivamente, desde las fronteras exterioresdel yacimiento hacia los pozos productores. Si la magnitud del empujehidrulico es lo suficientemente fuerte para mantener la presin delyacimiento o permitir slo un ligero abatimiento de ella, entonces el aceiteser casi totalmente recuperado por desplazamiento con agua, puesto queno habr liberacin de gas en solucin o dicha liberacin ser pequea y

asimismo el desplazamiento que ocasione.

Los requerimiento bsicos para este proceso son:

En primer lugar una fuente adecuada que suministre agua en formaaccesible al yacimiento.

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En segundo trmino una presin diferencial entre la zona de aceite(yacimiento) y la zona de agua (acufero), que induzca y mantenga lainvasin. El empuje hidrulico puede ser natural o artificial. Para que sepresente en forma natural debe existir, junto a la zona productora, un gran

volumen de agua en la misma formacin, sin barreras entre el aceite y elagua, y la permeabilidad de la formacin facilitan su filtracin adecuada.

La formacin acufera puede algunas veces alcanzar la superfcie. En estecaso la fuente del agua de invasin podr disponerse a travs de la entradade agua superficial por el afloramiento. Esta condicin no es muy comn.Generalmente la invasin de agua tiene lugar por la expansin de la roca yel agua en el acufero, como resultado de la declinacin de presintransmitida desde el yacimiento. Debido a que las compresibilidades de la

roca y el agua son muy pequeas, un empuje hidrulico regular requerirde un acufero extenso y grande, miles de veces mayor que el yacimiento.

Tan pronto como el agua invade una seccin de la zona de aceite y desplazaalgo de l, la saturacin de agua aumenta, la formacin adquiere eincrementa su permeabilidad al agua y sta tiende a fluir junto con elaceite.

Como agente desplazante el agua tiene una ventaja sobre el gas, ya que

debido a su menor movilidad (mayor viscosidad), un volumen dado de aguaintroducido en el espacio poroso desalojar ms aceite que el mismovolumen de gas y se acumular tambin en mayor grado, mostrando menostendencia que el gas a fluir a travs del aceite.

Despus que la interfase o contacto agua-aceite alcanza un pozo, suproduccin de agua aumenta progresivamente. El proceso se termina alabandonar el yacimiento cuando se invaden los pozos superiores y suproduccin disminuye a un nivel tal que la recuperacin deja de ser

costeable.

En la mayora de los yacimientos agotados por empuje de agua, la presindel yacimiento se conserva a un nivel relativamente alto cuando seabandona su explotacin.

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La relacin gas-aceite producida en yacimientos con empuje hidrulicoefectivo no sufre cambios substanciales, debido a que al mantenerse alta lapresin, se evita la liberacion del gas disuelto y su disipacin en laproduccin.

Las recuperaciones varan normalmente entre el 35 y el 75% del volumenoriginal de aceite en el yacimiento. Las recuperaciones bajas correspondena yacimientos heterogneos o con aceite viscoso.

En yacimientos con empuje hidrulico la recuperacin es sensible al ritmode explotacin. Si los gastos son altos el depresionamiento propiciar laliberacin de gas y el desplazamiento con agua se efectuar en presencia deuna fase gaseosa. En estas condiciones la saturacin de aceite residual

puede reducirse substancialmente. Esta reduccin proporciona unarecuperacin de aceite mayor que la obtenida con invasin de agua dondeno existe una fase gaseosa. El desplazamiento con agua en una formacinparcialmente saturada de gas da lugar al desarrollo de una zona de altasaturacin de aceite (banco de aceite), formada adelante del agua deinvasin. El banco de aceite desplaza parte de la fase de gas mvil inicial,dejando gas residual "atrapado", distribuido en los poros en forma deburbujas discontinuas o filamentos. El aceite es desplazado posteriormentepor el agua, en presencia de la fase gaseosa inmvil. En la Fig. 36 se

presenta la secuencia del sistema de desplazamiento descrito.

Si se desea obtener la mxima recuperacin, se deber controlar el ritmode produccin, a fin de que el desplazamiento por agua se efecte a lapresin ms conveniente.

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En la Fig. 37 se muestra una comparacin de los comportamientos deyacimientos de acuerdo al mecanismo de empuje operante.

Desplazamiento por segregacin gravitacional

La segregacin gravitacional o drene por gravedad, puede clasficarse comoun mecanismo de empuje; sin embargo, se considera ms bien como unamodificacin de los dems. La segregacin gravitacional es la tendencia delaceite, gas y agua a distribuirse en el yacimiento de acuerdo a susdensidades. El drene por gravedad puede participar activamente en larecuperacin del aceite. Por ejemplo, en un yacimiento bajo condicionesfavorables de segregacin, gran parte del gas liberado fluir a la partesuperior del yacimiento, en vez de ser arrastrado hacia los pozos por la

fuerza de presin, contribuyendo as a la formacin o agrandamiento delcasquete.de gas y aumentando la eficiencia total del desplazamiento.

Los yacimientos presentan condiciones propicias a la segregacin de susfluidos, cuando poseen espesores considerables o alto relieve estructural,

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alta permeabilidad y cuando los gradientes de presin aplicados, nogobiernan totalmente el movimiento de los fluidos.

La recuperacin en yacimientos donde existe segregacin de gas y/o de

agua, es sensible al ritmo de produccin. Mientras menores sean los gastos,menores sern los gradientes de presin y mayor la segregacin. Si seestablece en un yacimiento contra flujo de aceite y gas, se desarrollar unacapa de gas y la relacin gas-aceite producida mostrar una disminucin. Enla figura 38 se presenta diagramticamente el efecto que se produce, en unyacimiento con o sin segregacin, sobre su recuperacin y su relacin gas-aceite producida.

RECUPERACIN TOTAL Y EN LA RELACIN GAS-ACE1TE INSTANTNEA

La observacin de la Fig. 39 permite analizar, en forma cualitativa, lastrayectorias de las burbujas de gas liberado en un yacimiento, as como lasfuerzas que actan sobre las mismas.

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Dichas fuerzas son: el peso de la burbuja de gas, el empuje debido a ladiferencia de densidades entre el gas y el aceite, y la fuerza debida algradiente de preson*.

El gradiente de presin es menor entre mayor es la distancia al pozoproductor. As una burbuja como la mostrada en (1), cuyo diagrama delcuerpo libre se presenta en la Fig. 39-A, tender a ascender, pero sumovimiento predominante ser hacia el pozo; sin embargo en una burbujacomo la indicada en (4), cuyo diagrama del cuerpo libre se presenta en laFig. 39-B, la resultante de las fuerzas, tender a incorporarla al casquete, envez de desplazarse hacia el pozo.

Combinacin de empujes.

La mayora de los yacimientos quedan sometidos durante su explotacin ams de uno de los mecanismos de desplazamiento explicados. Por ejemplo:un yacimiento grande puede comportarse inicialmente como productor porempuje de gas disuelto. Despus de un corto perodo de produccin, la

capa de gas asociado acta efectivamente y contribuye substancialmente adesplazar aceite. Posteriormente, despus de una extensa extraccin, lapresin del yacimiento caer lo suficiente como para establecer la entradade agua del acufero, de modo que el empuje por agua se presentar comoparte importante del mecanismo de desplazamiento.