TRABAJO ESPECIAL DE GRADO ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD DE LOS PARÁMETROS QUE AFECTAN EL PROCESO DE INYECCIÓN ALTERNADA DE VAPOR EN POZOS HORIZONTALES CONSIDERANDO UN CICLO DE INYECCIÓN REALIZADO POR: DANIEL RAMOS TUTOR INDUSTRIAL: Ing. VÍCTOR LARA TUTOR ACADÉMICO: Dr. MARTIN ESSENFELD MAYO 2003

CONTENIDO OBJETIVOS CONCEPTOS BÁSICOS JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN METODOLOGÍA ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS CONCLUSIONES RECOMENDACIONES

OBJETIVO GENERAL REALIZAR UN ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD DE LOS PARÁMETROS DE YACIMIENTO, INYECCIÓN Y POZO, QUE AFECTAN EL COMPORTAMIENTO DEL PROCESO DE INYECCIÓN ALTERNADA DE VAPOR (IAV) EN POZOS HORIZONTALES EN UN CICLO DE INYECCIÓN, A FIN DE DESARROLLAR UNA CORRELACIÓN ESTADÍSTICA QUE PERMITA PREDECIR, EN FORMA PRELIMINAR, DICHO COMPORTAMIENTO EN FUTURAS APLICACIONES DE CAMPO

OBJETIVOS ESPECÍFICOS DETERMINAR CASOS BASE A PARTIR DE SIMULACIONES MONTECARLO, UTILIZANDO PARÁMETROS DE YACIMIENTO CARACTERÍSTICOS DE VENEZUELA REALIZAR SIMULACIONES NUMÉRICAS DE LOS CASOS BASE, REALIZANDO SENSIBILIDADES CON PARÁMETROS DE POZO E INYECCIÒN, PARA UN CICLO DE IAV DESARROLLAR UNA CORRELACIÓN ESTADÍSTICA QUE PERMITA PREDECIR EL COMPORTAMIENTO DEL PROCESO DE INYECCIÓN ALTERNADA DE VAPOR EN POZOS HORIZONTALES VALIDAR Y EVALUAR NUMÉRICAMENTE LA CORRELACIÓN ESTADÍSTICA OBTENIDA, COMPARÁNDOLA CON LOS RESULTADOS DEL MODELAJE

INYECCIÓN ALTERNADA DE VAPOR (IAV) CONCEPTOS BÁSICOS INYECCIÓN ALTERNADA DE VAPOR (IAV) Es un proceso cíclico en el cual el mismo pozo es usado para inyección de vapor y producción de petróleo con la finalidad de aumentar la tasa de producción mediante el calentamiento del yacimiento reduciendo la viscosidad del petróleo. Involucra tres etapas: Inyección, Remojo y Producción. El pozo puede producir conjuntamente todos los laterales desde un mismo yacimiento o tener laterales con producción independiente desde diferentes yacimientos.

CONCEPTOS BÁSICOS ETAPA DE INYECCIÓN Se inyecta vapor durante 2 a 6 semanas a través de un pozo (inyector-productor). La tasa de inyección debe ser aquella que permita minimizar las perdidas de calor a través de las paredes del pozo y lograr el máximo radio calentado y la máxima temperatura en la zona calentada.

CONCEPTOS BÁSICOS ETAPA DE REMOJO Se cierra el pozo durante 1 a 14 días para que el vapor ceda su calor a la formación y a sus fluidos. El tiempo de remojo se estima de acuerdo a la experiencia en campo, por lo que se recomienda lo siguiente: • Si el yacimiento tiene activos los mecanismos de producción primaria y suficiente presión se recomienda dejar un tiempo de remojo suficiente, para que el vapor ceda calor al yacimiento. • Si el yacimiento tiene poca presión, se recomienda dejar poco tiempo de remojo con el fin de utilizar el aumento de presión del yacimiento en las cercanías del pozo para empujar el petróleo hacia el fondo de los pozos.

CONCEPTOS BÁSICOS ETAPA DE PRODUCCIÓN Una vez culminado el tiempo de remojo se abre el pozo a producción. Inicialmente se produce agua caliente y vapor, y luego de una a dos semanas se produce petróleo caliente, en mayor cantidad que la producción de petróleo frío, que estaba produciendo el pozo antes de la estimulación con vapor. Esta etapa termina cuando la tasa alcanza valores similares a la tasa que producía el pozo en frío culminando así el ciclo de Inyección Alternada de Vapor.

SIMULACIÓN NUMÉRICA DE YACIMIENTOS CONCEPTOS BÁSICOS SIMULACIÓN NUMÉRICA DE YACIMIENTOS Consiste en la construcción y operación de un modelo cuyo comportamiento sea lo más similar posible al real del yacimiento. STARS (Steam, Thermal, and Advanced Processes Reservoir Simulator ) STARS es un simulador trifásico, multicomponente, composicional y térmico, con gran versatilidad en el uso de mallas cilíndricas, cartesianas, de espesor y/o profundidad variable. A diferencia del balance de materiales que reduce el yacimiento a un punto, la simulación toma en cuenta parámetros geológicos y dinámicos. Toma en cuenta, cambios de presión, restricciones de flujo y cambios operacionales.

JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN Los modelos analíticos existentes para la Inyección Alternada de Vapor son para Pozos Verticales, y de acuerdo a un estudio previo, no aplican a yacimientos venezolanos. No existe un estudio previo que establezca un modelo analítico para la Inyección Alternada de Vapor en Pozos Horizontales aplicable a los yacimientos de crudo pesado y extrapesado de Venezuela

METODOLOGÍA 28 SIMULACIONES 2592 SIMULACIONES ESPESOR POROSIDAD KH KV/KH PRESIÓN DEL YAC. Soi DETERMINAR DE RANGOS Y DISTRIBUCIONES PARA LAS PROPIEDADES DE YACIMIENTO GENERAR DE VALORES ALEATORIOS PARA LAS PROPIEDADES DE YACIMIENTO 28 SIMULACIONES 2592 SIMULACIONES SIMULACIÓN NUMÉRICA MATRIZ DE SENSIBILIDADES EN FRÍO MATRIZ DE SENSIBILIDADES EN IAV CONSTRUCCIÓN DE 4 CASOS BASE ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DE PRODUCCIÓN PRODUCCIÓN ACUMULADA DE PETRÓLEO EN UN CICLO DE IAV TIEMPO DE DURACIÓN DE UN CICLO DE IAV GENERAR UNA CORRELACIÓN EVALUAR Y VALIDAR LA CORRELACIÓN

METODOLOGÍA CONSTRUCCIÓN DEL MODELO NUMÉRICO PVT de un Crudo Extrapesado del Dtto. San Tomé: Gravedad promedio de 9.3 °API Comportamiento de Viscosidad vs Temperatura Permeabilidades Relativas Propiedades de Yacimiento Homogéneas MALLA CARTESIANA - SIMETRÍA Dirección “k” Divisiones de aprox. 5 pies cada una. Dirección “j” 31 divisiones con refinamiento hacia el pozo Dirección “i”: 30 divisiones de 100 pies Caso Base Espesor de la arena (pies) Secciones en la dirección “k” Espesor por sección (pies) 1 28.12 5 5.625 2 132.23 25 5.289 3 39.05 7 5.579 4 71.07 14 5.076 i k j

COMPORTAMIENTO DE PRODUCCIÓN EN FRÍO ANÁLISIS DE RESULTADOS NP Y Q VS. TIEMPO TEMPERATURA VS. TIEMPO CASO 2 CASOS BASE 1, 2, 3 Y 4 CASOS BASE 1, 2, 3 Y 4 CASO 3 y 4 ANÁLISIS DE RESULTADOS CASO 1

ANÁLISIS DE RESULTADOS NP Y Q VS. TIEMPO. SENSIBILIDADES CON LONGITUD DE POZO NP Y Q VS. TIEMPO. SENSIBILIDADES CON UBICACIÓN DEL POZO Media Inferior 2000 pies CASO BASE 1 CASO BASE 4 Superior 1500 pies 1000 pies

NP Y Q VS. TIEMPO SENSIBILIDADES CASO BASE 1 ANÁLISIS DE RESULTADOS COMPORTAMIENTO DE PRODUCCIÓN CON IAV Tasa de Inyección Qiny Tiny NP Y Q VS. TIEMPO SENSIBILIDADES CASO BASE 1 Calidad de vapor Tremojo

ANÁLISIS DE RESULTADOS COMPARACIÓN DE LA PRODUCCIÓN EN FRÍO Y CON IAV NP Y Q VS. TIEMPO. CASO BASE 4 UN CICLO DE IAV

1 4 5 3 7 6 2 ANÁLISIS DE RESULTADOS DETERMINACIÓN DE LOS PARAMETROS PARA DESARROLLAR LA CORRELACIÓN ESTADÍSTICA Rango Mínimo Máximo Espesor (pies) 28.12 132.23 Presión de Inyecciòn (lpc) 846 1401 Longitud de Pozo (pies) 1000 2000 Tasa de Inyección (TON/día) 250 Calidad del Vapor (%) 60 80 Tiempo de Remojo (días) 7 14 Tiempo de Inyección (días) 15 45 1 1 4 4 5 5 3 3 7 7 6 6 2 2

CORRELACIÓN ESTADÍSTICA Coeficientes de la Correlación ANÁLISIS DE RESULTADOS CORRELACIÓN ESTADÍSTICA ENp: Estimado de la Producción Acumulada de Petróleo en el primer ciclo de IAV (MBls) Ax: Coeficientes obtenidos a través del “software” STATISTICA Espesor: Espesor de la Arena Neta Petrolífera (pies) Tiny: Tiempo de Inyección de Vapor (días) Qiny: Tasa de Inyección de Vapor (TON/Día) Lpozo: Longitud del pozo (pies) Trem: Tiempo de remojo (días) X: Calidad del vapor (%) Coeficientes de la Correlación A0 2.06474784E+00 A1 9.18568416E-03 A2 1.48913709E-02 A3 6.34606290E-04 A4 5.50524026E-04 A5 4.45098760E-04 A6 1.07536946E-01 A7 1.51318576E-02

ANÁLISIS DE RESULTADOS CORRELACIÓN PARA DETERMINAR EL TIEMPO DE UN CICLO DE INYECCIÓN DE VAPOR EDT1C= Estimado del Tiempo del primer ciclo de IAV (días) EDNp: Estimado de la Producción Acumulada de Petróleo en el primer ciclo de IAV (MBls)

ANÁLISIS DE RESULTADOS EVALUACIÓN Y VALIDACIÓN DE LAS CORRELACIONES OBTENIDAS ESCENARIOS Np 1er Ciclo de IAV (Mbls) EDNp 1er Ciclo de IAV (Mbls) Error Estándar (%) 1 40.54 45.09 11.22 2 57.52 53.70 6.63 3 29.45 27.96 5.06 4 48.70 53.11 9.05 5 124.32 136.02 9.41 6 61.94 60.52 2.29 ESCENARIOS Tiempo 1er Ciclo de IAV (días) EDTiempo 1er Ciclo de IAV (días) Error Estándar (%) 1 214 243 13.46 2 303 279 7.93 3 180 171 5.06 4 238 276 16.17 5 580 625 7.68 6 298 308 3.22 Resultados de las simulaciones realizadas para validar la Correlación que determina el EDT1C Resultados de las simulaciones realizadas para validar la Correlación que determina el EDNp

CONCLUSIONES En base al trabajo realizado se ofrecen las siguientes conclusiones: La correlación estadística obtenida permite predecir, en forma preliminar, el comportamiento de producción bajo IAV de los campos venezolanos para un crudo de gravedad promedio cercana a 9.3 °API, con un margen de error menor al 12%, siempre y cuando esté condicionada por rangos específicos en los parámetros de yacimiento, pozo e inyección. Se lograron identificar los parámetros de yacimiento, pozo e inyección, que afectan el comportamiento del proceso de Inyección Alternada de Vapor en pozos horizontales, siendo el de mayor peso el espesor de la arena neta petrolífera con un 67,2% sobre el DNp del primer ciclo del proceso, seguido por el tiempo y la tasa de inyección de vapor con 15%, presión de inyección, longitud del pozo, tiempo de remojo, y calidad del vapor alrededor del 1%.

CONCLUSIONES La pequeña diferencia que existe en la producción acumulada de petróleo, en los análisis de sensibilidades, con parámetros de inyección presentados en este estudio, pueden deberse a condicionamientos aplicados al modelo numérico. Estos son: presión mínima de la formación, longitud de pozo menor a 2000 pies, tasas de inyección entre 250 y 1000 TON/día. La correlación estadística hallada puede ser sumamente útil para predecir el comportamiento de producción bajo IAV de nuevos pozos en yacimientos de crudo pesado con propiedades PVT similares a las estudiadas en esta investigación. Sin embargo, el uso de esta correlación para situaciones diferentes a la cual fue desarrollada, pueden dar origen a errores importantes.

RECOMENDACIONES Para el trabajo realizado, se ofrecen las siguientes recomendaciones: Se deberá garantizar la competitividad tecnológica de la Industria Petrolera Venezolana mediante el Desarrollo, Innovación o Adopción de Métodos de Recuperación, orientados hacia la complejidad característica de yacimientos venezolanos, con el objetivo de incrementar las tasas de producción en un corto, mediano y largo plazo de yacimientos de crudo pesado y extrapesado, de manera rentable y en armonía con el medio ambiente. Se recomienda usar un simulador térmico composicional para predecir el comportamiento de las operaciones de inyección alternada de vapor de crudos con propiedades PVT distintas a un crudo promedio de 9,3 °API, mientras no exista un análisis de sensibilidades similar al presentado en este Trabajo Especial de Grado con fluidos de distintas gravedades, viscosidades y composiciones.

RECOMENDACIONES Es aconsejable ampliar este estudio realizando un mayor número de sensibilidades, partiendo igualmente de un mayor número de Casos Base, con el objetivo de que la correlación estadística que se obtiene abarque un mayor rango de las propiedades de yacimientos característicos de Venezuela. Se recomienda realizar estudios comparativos de diferentes métodos de recuperación mejorada, para conocer los procesos más eficientes en cada uno de los distintos campos con yacimientos de crudo pesado y extrapesado de Venezuela.

MUCHAS GRACIAS TRABAJO ESPECIAL DE GRADO ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD DE LOS PARÁMETROS QUE AFECTAN EL PROCESO DE INYECCIÓN ALTERNADA DE VAPOR EN POZOS HORIZONTALES CONSIDERANDO UN CICLO DE INYECCIÓN REALIZADO POR: DANIEL RAMOS TUTOR INDUSTRIAL: Ing. VÍCTOR LARA TUTOR ACADÉMICO: Dr. MARTIN ESSENFELD TRABAJO ESPECIAL DE GRADO MAYO 2003 MUCHAS GRACIAS

ANÁLISIS DE RESULTADOS DATOS PARA LA VALIDACIÓN DE LA CORRELACIÓN Escenario Espesor (pies) Porosidad (%) Kh (mD) Presion Inicial (lpc) Kv/Kh So (%) Temperatura (°F) Profundidad (pies) Xg 1 43.54 33.11 5468.04 979.36 0.74 78.73 124.36 2261.81 0.2609 2 55.63 35.03 11267.74 1065.34 0.63 75.50 127.81 2460.36 0.2755 3 28.15 21.13 9737.89 745.91 0.40 86.84 114.97 1722.67 0.2164 4 93.59 26.57 16146.62 1455.57 0.50 68.18 143.49 3361.60 0.3314 5 127.09 29.25 1761.50 1381.75 0.62 70.44 140.53 3191.11 0.3220 6 80.43 23.50 8141.24 1527.51 0.78 89.44 146.38 3527.73 0.3402 BHP Minimo (lpc) Longitud de Pozo (pies) Tasa de Inyección (Ton/dia) Calidad (%) Tiempo de remojo (días) Tiempo de Inyección (días) Presión de Inyección Temperatura de Inyección (°F) POES (MBbls) 579.36 2000 1000 70 14 15.00 1079.36 553.96 7082.14 665.34 750 7 30.00 1165.34 563.60 6586.05 345.91 250 80 845.91 524.39 2205.90 1055.57 60 1555.57 601.49 7246.50 981.75 1500 1481.75 594.90 11192.43 1127.51 45.00 1627.51 607.62 7225.72

COMPORTAMIENTO DEL YACIMIENTO CON IAV ANÁLISIS DE RESULTADOS COMPORTAMIENTO DEL YACIMIENTO CON IAV

ANÁLISIS DE RESULTADOS ECUACIONES ÚTILES

ANÁLISIS DE RESULTADOS CONSTRUCCIÓN DEL MODELO NUMÉRICO Caso Base Porosidad (%) 1 21.1 2 35.1 3 29.8 4 17.6 Caso Base Permeabilidad Horizontal (mD) Kv/Kh Permeabilidad Vertical (mD) 1 9738 0.4 3895 2 1889 0.3 567 3 4095 1229 4 3104 0.2 621

CONSTRUCCIÓN DEL MODELO NUMÉRICO ANÁLISIS DE RESULTADOS CONSTRUCCIÓN DEL MODELO NUMÉRICO

ANÁLISIS DE RESULTADOS CONSTRUCCIÓN DEL MODELO NUMÉRICO Tasa de Inyección de Vapor (Ton/día) Calidad del Vapor (%) Tiempo de Remojo (días) Tiempo de Inyección de Vapor (días) 250 60 7 15 500 70 30 750 14 80 45 1000

ANÁLISIS DE RESULTADOS CONSTRUCCIÓN DEL MODELO NUMÉRICO Caso Base Presión Inicial (lpc) Presión de Inyección (lpc) 1 746 8456 2 1230 1330 3 1156 1256 4 1301 1401 Caso Base Presión de Saturación del Vapor (lpc) Temperatura de Inyección (°F) 1 846 524 2 1330 581 3 1256 573 4 1401 588

DETERMINACIÓN DE LA VISCOSIDAD Tabla de Viscosidad vs. Temperatura ANÁLISIS DE RESULTADOS DETERMINACIÓN DE LA VISCOSIDAD Tabla de Viscosidad vs. Temperatura   Temp. °F mod (cP) mg (cP) Datos disponibles 137 3311 14.1279 180 483 9.5541 210 164 8.5041 600 1.2542 1.9084 Datos estimados 100 31496.33 21.96 105 22327.25 20.55 110 16082.85 19.29 115 11755.06 18.16 120 8707.27 17.14 125 6529.20 16.22 130 4951.57 15.38 135 3794.54 14.61 3420.74 14.32 499.00 9.89 165.97 8.02 250 73.88 6.33 300 31.69 4.94 350 15.49 4.01 400 8.34 3.34 450 4.83 2.85 500 2.96 2.47 550 1.90 2.17 1.27 1.93

EVALUACIÓN Y VALIDACIÓN DE LA CORRELACIÓN ANÁLISIS DE RESULTADOS EVALUACIÓN Y VALIDACIÓN DE LA CORRELACIÓN

PRODUCCION CON IAV

PRODUCCION CON IAV

PRODUCCION CON IAV