ASPECTOS BÁSICOS DE SIMULACIÓN UNIDAD I ASPECTOS BÁSICOS DE SIMULACIÓN

OBJETIVO TERMINAL DE UNIDAD Al finalizar esta unidad el alumno debe lograr definir las principales características del modelaje de yacimiento, describir las principales características de la simulación numérica de yacimiento, comprender la importancia de la simulación en la gerencia de yacimientos.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS 1.1 Definir las principales características del modelaje de yacimiento. 1.2 Describir las principales características de la simulación numérica de yacimiento. 1.3 Comprender la importancia de la simulación en la gerencia de yacimientos. 1.4 Evaluar los pasos metodológicos para realizar una simulación de yacimientos.

Modelaje de yacimientos Se refiere a la construcción de un esquema o patrón que incorpore y represente toda la información disponible del yacimiento, producto de la ejecución de estudios integrados de yacimientos. La idea principal es representar las características del producción activos en los yacimientos, así como las principales características geológicas. Mientras mayor sea la cantidad de información o de características del modelo obtenido mejor va a ser su representatividad.

Modelaje de yacimientos La integración de estas disciplinas se realiza a través de equipos de trabajo multifuncionales, entre los cuales existe intercambio de experiencias y opiniones para definir un modelo representativo del yacimiento, el cual se utiliza para comparar métodos alternativos de explotación y establecer esquemas óptimos de explotación a ser aplicado.   Las herramientas analíticas, es decir los llamados “Métodos Convencionales”, Estos esquemas se hacen menos efectivos en la medida que los problemas se hacen más complejos. Especialmente para definir la complejidad de los procesos físicos que ocurren en un yacimiento. La importancia fundamental del modelaje de yacimiento radica en la mejor caracterización de los mismo y con esto poder contar con una herramienta fundamental par el estudio del comportamiento futuro de el bajo la aplicación de algún método de recuperación. Es importante contar con suficiente información validada para definir un modelo representativo del yacimiento.

Es importante analizar todos aquellos factores que de una u otra manera puedan influir tanto en la planificación del diseño de modelo a ser usado y en los estudios de confiabilidad de los modelos antes de definir como se predicen los métodos de recuperación necesarios para su explotación.   Entre los factores de diseño más importantes tenemos: Entre los factores de confiabilidad más importantes tenemos: OBJETIVOS ESPECIFICOS CANTIDAD DE INFORMACIÓN TIEMPO CALIDAD DE LA FUENTE PRESUPUESTO DATA NATURALEZA DEL DISEÑO CONOCIMIENTO

REGLAS BASICAS DEL MODELAJE   ANÁLISIS DEL PROBLEMA Y DEFINICIÓN DE OBJETIVOS. 2. SIMPLIFICAR EL PROBLEMA USANDO EL MODELO MÁS SIMPLE. 3. ENTENDER INTERACCIÓN ENTRE DISTINTAS PARTES DEL YACIMIENTO.  4. JUSTIFICAR APROPIADAMENTE EL NUMERO DE BLOQUES USADOS. 5. CONOZCA SUS LIMITACIONES Y CREA EN SU JUICIO. 6. SEA RAZONABLE EN SUS OBJETIVOS. 7. AJUSTAR SOLO DATOS SOBRE LOS QUE SE TIENE DUDA EN COTEJOS.

PROCESO DE ESTUDIO MODELO CONFIABILIDAD DISEÑO Cotejo histórico SIMULACIÓN Condiciones ¿CUAL ES LA PREDICCIÓN CORRECTA? C.T y C.E PREDICCIONES ¿COMO VALIDAMOS ESTA DECISIÓN? COTEJO a T.R TOMA DE DECISIÓN

Modelaje matemático Un modelo matemático consiste en un conjunto de ecuaciones diferenciales en derivadas parciales, las cuales están sujetas a ciertas suposiciones que describen los procesos físicos activos en el yacimiento. “ Los modelos numéricos se iniciaron a mediados de 1950 con PEACEMAN Y RACHFORD y han evolucionado de tal manera que, prácticamente, cualquier tipo de yacimiento puede ser representado.” El procedimiento consiste en discretizar el yacimiento en un número de bloques o celdas, lo que se denomina como “Malla” ó “Grid”, donde simultáneamente se realizan entre ellos, Balance de masa y energía, respectivamente.

Modelaje matemático Modelos Matemáticos Los modelos numéricos son necesarios debido a la complejidad del yacimiento. Las ecuaciones diferenciales de este modelo, representan los procesos físicos dentro del yacimiento permitiendo modelar: Heterogeneidad del yacimiento en función de: porosidades, permeabilidades y geometrías irregulares. Heterogeneidad de las permeabilidades relativas y presión capilar con relación a saturaciones. Heterogeneidad de las propiedades PVT de los fluidos en función de presión, composición y temperatura.

Simulación numérica “ En la simulación numérica de yacimientos en general dispone de las ecuaciones fundamentales en derivadas parciales, para el flujo de fluidos en el medio poroso, es decir el flujo de cada una de las fases presentes. ” Estas ecuaciones se obtienen de: La Ecuación de Continuidad que, básicamente, expresa el principio de conservación de la masa. Una Ecuación de Flujo que, generalmente, es la Ecuación de Darcy. Una Ecuación de Estado para representar las relaciones P-V-T, P-V, P-densidad, e.t.c., de las varias fases que pudieran estar presentes. Estas ecuaciones diferenciales se escriben en diferencia finita, tanto en espacio como en tiempo.

Simulación numérica Se basa en principios de balance de materiales. Toman en cuenta heterogeneidad del yacimiento y dirección del flujo de los fluidos. Toma en cuenta las localizaciones de pozos productores e inyectores y sus condiciones operacionales. Los pozos pueden operarse y cerrarse de acuerdo a condiciones especificadas. Se pueden prefijar las tasas o las presiones de fondo o ambas. El yacimiento se divide en múltiples celdas o bloques (tanques). Los cálculos se efectúan para las fases petróleo, gas y agua a intervalos discretos.

Simulación numérica La tendencia al uso de métodos de recuperación adicional para la extracción de crudo, permitió alejar la concepción de modelos simples, y se enfocó en la representación de modelos individuales para modelar procesos de extracción complejos. Los avances en la simulación numérica han tenido gran aceptación debido a factores como: Avances en tecnologías computacionales ( capacidad, velocidad y memoria). Mejoramientos en los algoritmos numéricos para solucionar las ecuaciones en derivadas parciales. Generalidades en los simuladores que permiten modelar realmente la amplia variedad de yacimientos que existe.

Clasificación de los datos en un yacimientos Geólogos Petrofísicos Ing. de perforación Ing. de yacimientos Perforación Profundidad Litología Espesor Porosidad Saturación de fluidos Contactos G/P, A/P, G/P Correlaciones pozo a pozo REGISTROS Geólogos de Exploración Geólogos de Producción Exploración Descubrimiento Desarrollo Ambiente Deposicional Estructura Fallas Fracturas GEOLOGÍA Sismólogos Geofísicos Estratigrafía Espesor de capas Heterogeneidad entre pozos SÍSMICA Responsable Tiempo de Adquisición DATA Clasificación

Interpretación Sísmica Modelo Sedimentológico Plataforma integrada de datos Modelaje Geológico Integración de Datos Interpretación Sísmica MODELO INTEGRADO DEL YACIMIENTO Simulación de Yacimientos Modelo Sedimentológico Modelo Petrofísico Mapeo

Datos mínimos requeridos en una simulación Propiedades de los fluidos: Factores volumétricos de formación: Bo,Bg,Bw, Viscosidades, Relación Gas-Petróleo en solución, Comprensibilidades, densidades, e.t.c. Datos de rocas: Porosidad, permeabilidad, Saturaciones iniciales de los fluidos. Datos estructurales: Espesores de la formación productora, tanto brutos como netos, topes estructurales, Espesor de lutitas entre capas, Buzamiento, Límites del área del yacimiento, Fallas u otra barrera de flujo, comprensibilidad de la roca, planos de fallas, Espesor de arena total. Propiedades o interacción Roca-Fluidos: Permeabilidades efectivas o relativas, presiones capilares, saturación de los fluidos presentes, particularmente a condiciones iniciales.

Datos mínimos requeridos en una simulación Datos de saturaciones de fluidos: Contactos gas- petróleo, Contactos agua-petróleo, saturaciones iniciales. Datos de producción: Tasa de producción de petróleo vs. Tiempo, tasa de producción de agua vs. Tiempo, tasa de producción gas vs. Tiempo, con sus correspondientes acumulados (Np, Gp, Wp). Y mediciones de presiones vs. Tiempo. Historia de mangas o completaciones: Períodos de producción, zonas o intervalos de donde venia o viene esa producción, producción conjunta de esos intervalos, periodo de cierre, cambio en la Completación, e.t.c Datos de pozos: Completación mecánica, índices de productividad, índices de inyectividad, tasas máximas, presiones de fondo máximas permitidas y tipos y detalles sobre el método de levantamiento artificial

Datos mínimos requeridos en una simulación Yacimientos de Petróleo Expansión de rocas y fluidos Gas en solución Capa de gas Influjo de agua Segregación gravitacional Compactación Mecanismos combinados Yacimientos a Gas Expansión o agotamiento ES IMPORTANTE DETERMINAR QUE MECANISMO SON LOS IMPERANTES EN EL YACIMIENTO

Preguntas que se pueden responder con la simulación ¿Cual es la precisión en la determinación de las reservas recuperables.? ¿Cual es el mejor esquema de recuperación adicional para el yacimiento, número de pozos inyectores, inyección por arreglos o periférica, tasas de inyección y producción.? ¿Cuáles son los parámetros críticos que se deben medir en la aplicación en el campo.? ¿Cuál es el mejor esquema de completación de pozos en un yacimiento? selectivo, doble.? ¿De qué porción del yacimiento proviene la producción? ¿Qué tipo de datos de laboratorio se necesitan? Qué tan sensibles son las predicciones a los datos?

Preguntas que se pueden responder con la simulación ¿Qué tan sellantes son las fallas y las barreras de permeabilidad observadas.? ¿Porqué no se está comportando el yacimiento como se había pronosticado anteriormente. Qué se puede hacer para mejorarlo.? ¿Cómo y cuando debe ser implementado el proyecto de hidrocarburos, dónde y cuando perforar los pozos.? Determinar en el caso de yacimientos con zonas múltiples ( varios estratos), cuanto petróleo existe y cual es su posibilidad de productividad. Determinar el comportamiento de un yacimiento bajo un proceso de inyección particular o agotamiento natural. Evaluación de los tiempos de ruptura en el caso de inyección de gas y/o agua.

Preguntas que se pueden responder con la simulación Evaluar las ventajas de un proceso de inyección de agua de flanco contra un proceso de inyección por arreglos (evaluación de arreglos). Determinar el efecto de la ubicación de los pozos y el espaciamiento. Investigar el efecto sobre el recobro de variaciones en las tasas de inyección y/o producción. Investigar el efecto sobre el recobro de la perforación ínter espaciada. precisión en la predicción de los perfiles de producción de los pozos del yacimiento. Evaluación temprana de los posibles efectos de canalizaciones y conificaciones e investigar como minimizarlos.

Preguntas que se pueden responder con la simulación Evaluación temprana de los posibles efectos de canalizaciones y conificaciones e investigar como minimizarlos. Estimar las capacidades de producción y almacenamiento en superficie. Confirmar el entendimiento del flujo de fluidos en el medio poroso. Evaluar barreras. Estimación del riesgo financiero mediante análisis económicos.

El valor de la simulación El Modelaje nos permite observar la física de los yacimientos sin estar presente y examinar algunos que pasaría si. Sin la simulación y el Modelaje numérico estamos forzados a hacer muchas suposiciones. Mediante la simulación podemos decir: aquí es donde estamos hoy, y este es el valor económico de lo que estamos proponiendo. La simulación es indispensable. es la mejor herramienta disponible. Mientras más producción e historia posea del yacimiento y mejor es la data, más útil resulta el uso de la simulación.

El valor de la simulación Conocer la reacción del yacimiento a diferentes escenarios de explotación es critico. necesitamos validar todos esos escenarios mediante simulación antes de seleccionar. El valor de la simulación aumenta cuando se involucran tecnologías nuevas de alto riesgo, o el desarrollo de nuevos yacimientos complejos.

Limitaciones de los simuladores de yacimientos Producen soluciones aproximadas. Los resultados de salida depende de los datos de entrada. El ajuste de la historia no es garantía de predicción precisa del futuro (solución única). Los datos históricos suelen tener alto grado de incertidumbre. Igualmente los datos geológicos y petrofísicos (de un punto al campo completo) Las mismas ecuaciones diferenciales son simplificadas de la realidad.

Limitaciones de los simuladores de yacimientos Mayor costo, esfuerzo, e.t.c. Expectativas irreales. Simulación injustificada. Descripción irreal del yacimiento.

Factores que generan frustración Simular sin saber como trabaja el simulador ni saber que se quiere evaluar. No identificar los límites de los datos. Evaluar eventos pequeños con un mallado grueso. Usar un modelo que no incluye los limites del yacimiento. Tratar de cotejar data anómala observada. Complicar la simulación sin necesidad.

METODOLÓGICA TEORICA PARA REALIZAR UNA SIMULACIÓN DE YACIMIENTOS.   Definición de las necesidades (discusión de objetivos). Recolección de datos primarios. Generación de datos secundarios. Evaluación de la consistencia de los datos. Selección del Software o Hardware. Inicialización del modelo. Cotejo o ajuste histórico. Predicciones. Análisis técnico económico. Reporte de resultado. METODOLÓGICA PRACTICA PARA REALIZAR UNA SIMULACIÓN DE YACIMIENTOS.   Adquisición de la data. Verificación de la data. Digitalalización de la data. Carga de la data. Verificación de los datos iniciales de equilibrio. Verificación de los pozos a ser cargados en el proyecto y sus tasas. Verificación de los reportes a ser cargados. Verificación los tiempos de simulación. Inicializar corridas. Detectar fallas en las corridas. Cargar reportes. Verificación de escenarios. Visualización de resultados. Determinación de escenario optimo.

PROPIEDADES PETROFÍSICAS: MAPAS ISOPROPIEDADES INFORMACIÓN GEOLÓGICA Metodología PROPIEDADES PETROFÍSICAS: MAPAS ISOPROPIEDADES MODELO ESTÁTICO INFORMACIÓN GEOLÓGICA PROPUESTA EVALUACIÓN ECONÓMICA ANÁLISIS DE RESULTADOS INFORMACIÓN DE LOS POZOS SIMULACIÓN NUMÉRICA REVISIÓN Y VALIDACIÓN DE LA INFORMACIÓN DEL YACIMIENTO PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS MODELO DE FLUIDOS

MODELOS DE DATOS VALIDADOS DEL PROYECTO GERENCIA DE INTEGRACIÓN 1.3 Comprender la importancia de la simulación en la gerencia de yacimientos. Revisión de Datos Modelo Dinámico Evaluación Económica Estático FASE I FASE II FASE III FASE IV MODELOS DE DATOS VALIDADOS DEL PROYECTO CARACTERIZACIÓN SIMULACIÓN MODELOS DE NEGOCIO GERENCIA DE INTEGRACIÓN

FASE I Flujograma eficiente de adquisición de la data

MODELOS ESTÁTICOS Sísmica Petrofisica Geología

MODELOS ESTÁTICOS

MODELOS DINÁMICOS

SI SI / NO NO CONSTRUIR EL MODELO PREDICCIONES MODELO EN EQUILIBRIO DESCRIPCION DEL YACIMIENTO DEFINIR ESCENARIOS SELECCION DEL SIMULADOR COTEJO HISTORICO DE PRODUCCIÓN VALIDAR DATA A CARGAR SI / NO SI CARGAR DATA NO REALIZAR AJUSTES DATOS BASICOS SISTEMAS ROCA FLUIDOS CONSTRUIR EL MODELO INICIALIZACION DEL MODELO REVISAR NIVEL DE INCERTIDUMBRE