introduccion a la simulacion de reservorios

Realizado por: Ing. Daro Cruz Y.

Presentacin de:

Introduccin a la Simulacin

de Reservorios

U.M.R.P.S.F.X.CH Simulacin de Reservorios PGP-310

Lo que veremos hoy

Fundamentos Bsicos de la Simulacin de Reservorios

Introduccin

Aplicacin de la Simulacin

Etapas de la Simulacin


Introduccin

Antecedentes, Definicin y Modelaje


La explosin electrnica en las

ltimas dos dcadas ha

transformado la simulacin de

reservorios de algo inaccesible y

oculto en una herramienta muy

importante que, entre muchas cosas,

le permite al ingeniero tener un

mejor entendimiento de la dinmica

del flujo de fluidos en reservorios

muy complejos y las caractersticas

de la dinmica del flujo de fluidos en

cercanas al pozo, la interaccin del

pozo (horizontal, vertical o desviado)

con el reservorio, el modelamiento

adecuado de las estructuras

geolgicas, fallas y pinchamientos y

la complejidad de la caracterizacin

del reservorio.


La simulacin de reservorios es una ciencia que

combina la fsica, la matemtica, la geologa, la

ingeniera de reservorios y la programacin de

computadores para desarrollar herramientas que

pronostiquen el comportamiento de los

reservorios de hidrocarburos bajo diferentes

condiciones de operacin.

La simulacin de reservorios nos permite construir

modelos, dichos modelos nos permiten reproducir

el comportamiento de presin y produccin de los

fluidos presentes en el reservorio, con la finalidad

de poder analizar los diferentes esquemas de

explotacin, permitiendo el desarrollo ptimo de

las reservas.

La simulacin comprende principalmente de los

fundamentos matemticos como las ecuaciones de

flujo de fluidos a travs del medio poroso, las

cuales son Ley de la Conservacin de la Masa y la

Ley de Darcy.

Generalmente estas ecuaciones son no lineales y la

solucin numrica es la nica posible, lo cual

implica el uso de computadores.


Se refiere a la construccin y operacin de

un modelo que incorpore toda la informacin

disponible, producto de la ejecucin de

estudios integrados de reservorios.

Representar los mecanismos de produccin

activos en los reservorios, as como las

principales caractersticas geolgicas que

permitan reproducir adecuadamente el

movimiento de los fluidos en el reservorio.

Obteniendo un modelo de prediccin

confiable que considere los aportes de las

diferentes disciplinas involucradas

(reservorios, geologa, petrofsica, geofsica y

sedimentologa).

Producto de la continua interaccin

multidisciplinaria durante la ejecucin del

estudio.


Aplicaciones de la Simulacin de Reservorios

Planificacin de Escenarios, esquemas de produccin, seguimiento del reservorio y distribucin de la produccin.


La aplicacin valida de la simulacin de

reservorios generalmente toma en cuenta los

siguientes aspectos:

La aplicacin valida de la simulacin de reservorios generalmente toma en cuenta

los siguientes aspectos:

La planificacin de escenarios incluye los

pasos que se deben ejecutar para obtener

las reservas del reservorio.

Los estudios de simulacin de reservorios

se pueden conducir desde una etapa muy

temprana del desarrollo, como una

continuacin de las aplicaciones de las

tcnicas clsicas sencillas.

En la medida en que la planificacin del

desarrollo progresa, se van utilizando o

construyendo modelos mas complicados.


Esquemas de produccin y estimacin de

reservas:

Entre las tareas mas importantes del

ingeniero de reservorios estn las de

estimar los futuros perfiles de produccin

y las reservas. Estas cifras se requieren

con mucha frecuencia para los anlisis

econmicos, las evaluaciones de campo y

tambin para atender las disposiciones

legales y reguladoras.

Es necesario tener disponible un rango de

esquemas de produccin para cubrir el

rango de las incertidumbres en los

parmetros crticos y en las alternativas de

desarrollo. Un modelo de simulacin de

reservorios es ideal para generar tales

esquemas.


Seguimiento del reservorio:

Los modelos de simulacin estn

reconocidos como la herramienta ms

importante para la evaluacin de los

esquemas de explotacin. En esta rea se

incluyen perforacin, estrategias de

produccin e inyeccin, justificacin de

reparaciones, estimulaciones, perforacin

horizontal y recuperacin adicional.

Un modelo de simulacin detallado se puede

usar para obtener y evaluar rpidamente las

bondades de cualquiera de estas

alternativas. Con el ajuste de historia se

puede mantener actualizado el modelo, de

tal manera que el monitoreo del reservorio

puede ser continuamente ajustado para

tomar en cuenta los cambios en los datos

de campo.


Distribucin de produccin:

Muchos campos que contienen sus

reservorios agrupados verticalmente

presentan, por lo general, problemas de

distribucin de produccin, al tener los

pozos completados en algunos de ellos.

Esta poltica de explotacin de campo

pudiera contra venir el esquema de

explotacin de un reservorio en particular

al no disponer de los pozos necesarios para

su explotacin optima.

Estos problemas de competencia de

produccin de reservorios que comparten

los mismos pozos pueden ser adecuadamente

tratados con modelos de simulacin

conceptualizados para tales fines.


Etapas de la Simulacin de Reservorios.

Adquisicin, revisin y validacin de datos; diseo del modelo, inicializacin , cotejo del modelo y prediccin.


Datos Estticos:

Anlisis de Ncleos convencionales y especiales.

Registros de pozos y interpretacin ssmica. Evaluacin petrofsica. Anlisis PVT.

Datos Dinmicos:

Informacin de produccin e inyeccin de los pozos

Informacin de presin.

Datos de pozos del reservorio:

Fecha de completaciones. Apertura y cierre de pozos. Cambio de zonas. Espesor del Caoneo.


El diseo del modelo requiere considerar los

siguientes elementos:

Malla y nmero de dimensiones Tipos de modelos: se pueden clasificar en orden

de costos y complejidad como sigue:

Modelo Tanque ( cero dimisiones) Modelo 1D Modelo 2D ( x-y, radiales) Modelo 3D (x-y-z , radiales)

Fluidos presentes y nmero de fases Simuladores de petrleo negro (Black Oil):

Pueden modelar el flujo de agua, petrleo y

gas, tomando en cuenta variaciones de la

solubilidad del gas en el petrleo en funcin

de la Presin.

Simuladores del tipo composicional: Caracterizan al crudo como una mezcla de n

componentes con las propiedades del gas.

Simuladores Trmicos: Pueden modelar recuperacin por inyeccin de fluidos

calientes por ejemplo: Inyeccin de Vapor.

Simuladores Qumicos: Permiten modelar procesos de inyeccin de surfactantes y

polmeros


Heterogeneidad del reservorio:

Es importante porque si tenemos variaciones

de las propiedades de las rocas, porosidad,

K. de esto depender el nmero de celdas o

bloques del modelo (tamao de la malla).

Pozos.

Son especificados estableciendo su tasa de produccin o presin de fondo (igualmente

para los inyectores).

Establecer tamaos de bloques que incluyan solo un pozo por bloque.


Verificar el POES/GOES.

Verificar datos PVT.

Verificar tamao de la capa de gas.

Verificar tamao del acufero.

Verificar la presiones iniciales.

Verificar profundidades de CAP, CGP.


Variables ms frecuentes para cotejar

(Reservorio/pozo):

Cotejo de presin promedio.

Cotejo de la RGP y del porcentaje de y Si.

Variables a Ajustar: o Distribucin del volumen poroso.

o Tamao y permeabilidad del acufero.

o Compresibilidades de los fluidos y

de la roca.

o Existencia de fallas sellantes.

o Permeabilidades relativas.

o Viscosidad de los fluidos.

o Transmisibilidades en los bloques.


Caso base (esquema actual).

Sensibilidades al caso base (RGP, perforacin adicional).

Existe Recuperacin secundaria? (Evaluar factibilidad de inyectar agua o

gas, AGA, Efectuar sensibilidades

inyeccin/produccin, perforacin

adicional, interespaciada, tasa

inyeccin Optima).

Documentar aplicacin y resultados del proceso.

Preparar Plan Operacional.


Representacin Geomtrica del Reservorio.

Modelos de cero, una, dos y tres dimenciones.


La descripcin geomtrica del reservorio puede ser

de cero, una, dos o tres dimensiones, en

coordenadas radiales o rectangulares.

El nmero de dimensiones y bloques en una

simulacin dependern de:

1. Los niveles de detalles y exactitud deseados en el

comportamiento del reservorio.

2. Las fuerzas del reservorio que sern aproximadas

por el modelo.

3. Los recursos disponibles para realizar el estudio

(tiempo, fuerza hombre, equipos).

En la medida en que aumenta el nmero de

dimensiones, bloques y pozos, de igual manera

aumentaran los problemas, siendo el caso mas

difcil y sofisticado la simulacin multibloque, 3-D

de un reservorio complejo.

Cuando se usa menos de 3-D, se esta suponiendo que

las propiedades de la roca y los fluidos son

uniformes o que las variaciones pueden ser

modeladas de forma que se puedan usar curvas

promedios de permeabilidades relativas.

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Simulacin de Reservorios PGP-310

El modelo mas simple es el de cero dimensiones o de

una celda que es bsicamente un balance de

materiales.

El balance de materiales se usa normalmente para

estimar fluidos inicialmente en sitio o la presin del

reservorio.

Este tipo de modelo supone que todas las

condiciones del reservorio tienen un valor nico

para una presin promedia y que el sistema completo

esta en condiciones de equilibrio.

Este modelo es muy til al comienzo del estudio

para realizar revisiones rpidas de consistencias de

datos como PVT, restricciones de pozos, etc.


En los modelos de una dimensin la orientacin de

los bloques puede ser horizontal, vertical o con

cierto ngulo de inclinacin.

Estos modelos dan una buena representacin del

movimiento de fluidos globalmente, y tambin la

distribucin promedia de las presiones. Los efectos

de cadas de presin del pozo sobre el

comportamiento global del reservorio no pueden

ser simulados, generalmente, con estos modelos,

debido a que la menor unidad del reservorio (un

bloque) es muy grande comparado con el volumen

del reservorio que esta afectado por la presin en

el pozo. Sin embargo, estos efectos pueden ser

simulados por un modelo 1-D radial.

Los modelos 1-D son tiles cuando el espesor del

reservorio, h, es pequeo en comparacin con su

longitud. El petrleo se drena por un sistema de

pozos casi equidistantemente espaciados o sea

formando filas paralelas al contacto agua-

petrleo y los efectos de conificacin se desprecia.

En muchos casos, los modelos 1-D son

representaciones pobres.


Para modelar la eficiencia de barrido de un

fluido desplazante es necesario utilizar

modelos 2-D. este puede ser un modelo radial,

un modelo transversal para simular

conificacin y segregacin gravitacional, o un

modelo reas para similar efectos de barrido.

El modelo 2-D radial es til para determinar la

tasa critica de produccin a la cual ocurrir

conificacin, para predecir el comportamiento

futuro de un pozo conificado y para evaluar

los efectos de barreras de lutitas o

permeabilidad vertical baja.

Otro uso de los modelos 2-D radiales es en el

anlisis de pruebas de presiones.

Probablemente, el uso mas extensivo de los

modelos 2-D areales es para determinar los

patrones ptimos de inyeccin de agua o gas.


Estos modelos pueden tomar en cuenta

casi todas las fuerzas presentes en el

reservorio.

Consideran los efectos de barridos

areales y gravitacionales. Sin embargo,

pueden ser muy difciles para modelar

fenmenos locales (tales como

conificacin) donde se requieren bloques

muy pequeos para una representacin

adecuada.

Los modelos 3-D radiales son una

generalizacin del 2-D radial, en el cual

se pueden tomar en cuenta penetracin

parcial del pozo en la arena productora y

caoneo parcial, as como cualquier otro

parmetro que dependa de la

profundidad.


Decisin del Modelo a Utilizar.



En el uso de simuladores sotisficados se

deber siempre pensar cuidadosamente

los pro y contra de cada tipo de modelo.

Usando 2-D se puede ahorrar tiempo pero

se pueden obtener resultados irreales

debido a que la situacin es mucho mas

compleja para ser representada por una

aproximacin simplificada. Por otro lado,

el uso de un modelo 3-D puede sobre

representar el problema.

Todo depende de los datos disponibles, de

la complejidad del reservorio, del patrn

de pozos, de la distribucin de

produccin entre pozos y otros

elementos como completacin.


Tipos de Modelos.



Nos permite realizar el clculo del POES, el

cual se basa en el principio de la conservacin

de la masa (ni se crea ni se destruye). Pero para

aplicarlo se hacen ciertas suposiciones

bsicas como son:

Reservorio tipo tanque homogneo (Propiedades de la roca y fluidos se

mantienen iguales a lo largo de todo el

reservorio).

Produccin e inyeccin concentradas c/u en un solo punto.

No hay direccin para el flujo de los fluidos.


Donde:

Informacin requerida para modelos de

balance de materiales:

Historia de produccin de petrleo (>10% del POES).

Produccin de Agua y gas. Historia de presiones. Anlisis PVT. Saturaciones iniciales de los fluidos.


En los ltimos aos, la simulacin numrica de

yacimientos ha ganado una amplia aceptacin

en la industria petrolera, como consecuencia

de tres factores principales:

Mayor poder de computacin en trminos de velocidad y memoria.

Mejoramiento en los algoritmos numricos para solucionar las ecuaciones en

derivadas parciales:.

Las generalidades construidas en los simuladores que permiten modelar ms

realsticamente la amplia variedad de

yacimientos que existen en todo el mundo.

En simulacin de yacimientos intervienen todas

las disciplinas relacionadas con la

explotacin del mismo. Mediante una breve

descripcin de los datos que se manejan,

podemos ilustrar esta interaccin.


Petrleo negro.

Se usan tres ecuaciones para expresar la conservacin de

masa de los tres componentes (agua, petrleo y gas en cada

bloque), no se considera la solubilidad del gas y petrleo

en el agua, ni existencia de petrleo en la fase gaseosa. la

solubilidad del gas en el petrleo es funcin de presin, no

se considera la existencia de agua en la fase de gas o

petrleo. Son tiles en simulaciones de procesos de

inyeccin de agua o gas inmiscible donde no se esperan

cambios en la composicin de fluidos. Pueden modelar el

flujo de agua, petrleo y gas, tomando en cuenta

variaciones de la solubilidad del gas en el petrleo en

funcin de la Presin.

Composicional.

Trata todos los componentes excepto el agua como si

estuviesen presentes en las fases de gas y petrleo, sobre

la base de las leyes termodinmica de equilibrio (el

equilibrio es determinado mediante valores k, que son

funcin de presin, temperatura y composicin), y consisten

de nc ecuaciones en cada bloque, donde nc es el numero

de componentes. Utiliza ecuaciones de estado para simular

procesos donde se esperan cambios en la composicin de

los fluidos, permitiendo simular los mecanismos de un

proceso miscible de inyeccin de gas, vaporizacin e

hinchamiento de petrleo, condensacin del gas.


Trmico.

Es similar al composicional y usa nc+1

ecuaciones, que expresan la conservacin de

la masa (difusividad) para los nc componentes

y una ecuacin (difusin) para la conservacin

de la energa. Los modelos de petrleo negro

y composicionales simulan flujo isotrmico y

no requieren la ecuacin de energa.

til para la optimizacin de recobros en

procesos trmicos (espaciamientos, tipos de

arreglo, tasa de inyeccin/produccin,

toneladas a usar en cada ciclo de inyeccin

alternada de vapor, etc.) y predicciones de

campo o de cotejo de datos de laboratorio.

Fracturado.

Considera sistemas de doble porosidad y/o

doble permeabilidad para modelar las

caractersticas (caracterizar) de las

fracturas y de la matriz de la roca en el

yacimiento.


Tipos de Grillado o Mallado.

Mallas Regulares e irregulares, blockcenter y cornetpoint.


Dos tipos de mallas son generalmente usadas:

Mallas regulares: Tienen espaciamiento uniforme en la direccin x,y

Mallas irregulares: Tiene espaciamiento no uniforme en la direccin x,y

BLOCK CENTER: La geometra BC requiere para cada celda un tope y el tamao en direccin x,y,z.

Los parmetros son calculados en el centro de la

celda o bloque.

CORNER POINT: La geometra CP esta basada en lneas de coordenadas y las profundidades a la que

estn las esquinas de la malla. Las coordenadas

X,Y,Z de un punto arriba y un punto debajo de la

malla define una lnea coordenada, las celdas son

definidas por la unin de las esquinas de las mismas

y la elevacin es definida con respecto a las lneas

coordenadas.


Asignacin de los valores de las propiedades de la roca a la malla de simulacin.

Los modelos de simulacin requieren que se le asigne a

cada bloque de la malla un valor de permeabilidad en la

direccin x,y,z.

De existir ncleos o evaluacin tendremos valores en

los bloques donde se encuentran los pozos. En los

bloques donde no se cuenta con pozos, no se tienen

valores de K o Poro, por lo tanto, debemos recurrir a

los mapas de isopropiedades o a mtodos geoestadsticos

para su obtencin.

Seleccin de la malla

1. Espaciamiento mnimo entre los pozos.

2. El grado de heterogeneidad en la distribucin de

propiedades.

3. La configuracin geomtrica de la estructura

4. La densidad de informacin disponible.

Normalmente, antes de escoger el tamao de los

bloques a usar se recomienda efectuar sensibilidades

del efecto de cambios en el tamao de los bloques sobre

las variables mas importantes envueltas en la simulacin;

principalmente en desplazamientos en los cuales existen

grandes diferencias entre las movilidades de las fases

desplazantes y desplazadas o cuando se esperan cambios

en la composicin de los fluidos existentes en el

yacimiento. U.M.R.P.S.F.X.CH Simulacin de Reservorios PGP-310

Orientacin de la malla . Los resultados obtenidos a partir de simulaciones del

proceso de inyeccin continua de vapor son afectados

por errores numricos resultantes a partir del esquema

de solucin usado en la aproximacin de las ecuaciones

diferenciales en diferencias finitas.

El efecto de orientacin de la malla sobre el

comportamiento del proceso de inyeccin continua de

vapor, el problema ocurre cuando existen grandes

diferencias entre las movilidades de las fases

desplazante y desplazada.


? Muchas Gracias Existen Preguntas?

No existe pregunta tonta, el quedar con la duda es tonto!


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