Muestras y Pruebas PVT CAPÍTULO 2 Caracterización Física de los Yacimientos CAPÍTULO 2 Muestras y Pruebas PVT

Caracterización Física de los Yacimientos Análisis PVT Pruebas de laboratorio de los fluidos de un yacimiento petrolífero, para determinar propiedades y su variación con presión. La muestra debe ser representativa del fluido original en el yacimiento. Deben simular el proceso de liberación gas - petróleo desde el yacimiento hasta los separadores. Dos tipos de liberación ocurren: * DIFERENCIAL. * INSTANTANEA

Proceso de Liberación Diferencial5 Caracterización Física de los Yacimientos Proceso de Liberación Diferencial5

Variación Presión-Volumen durante la liberación diferencial Caracterización Física de los Yacimientos Variación Presión-Volumen durante la liberación diferencial Vt 3 Vt 2 PUNTO DE BURBUJEO N Vb E M U L O V Vo Vi 2 Vo 3 P P P P PRESIÓN 3 2 b i

Proceso de liberación instantánea5 Caracterización Física de los Yacimientos Proceso de liberación instantánea5

Variación Presión-Volumen durante la liberación instantánea5 Caracterización Física de los Yacimientos Variación Presión-Volumen durante la liberación instantánea5 V 6 L A T O V T 5 N E V M PUNTO DE BURBUJEO 4 U L V O 3 V V V 2 1 p p p p PRESIÓN 6 3 2 1

Liberación de Gas en el Yacimiento Caracterización Física de los Yacimientos Liberación de Gas en el Yacimiento Depende de la saturación de gas libre Sg en la zona de petróleo. Sg  Sgc Kg = 0. El gas no se mueve. - Liberación TIPO INSTANTANEA - Ocurre al comienzo de la vida productiva o si hay acuífero muy activo Sg > Sgc Kg > 0 el gas libre se mueve.

Liberación de Gas en el Yacimiento Caracterización Física de los Yacimientos Liberación de Gas en el Yacimiento Fase gaseosa se mueve hacia el pozo a tasa de flujo mayor que la líquida. Composición total del sistema cambia en un volumen de control dado. Liberación TIPO DIFERENCIAL. Ocurre cuando la presión del yacimiento cae por debajo del Pb RGP > Rs. La liberación de gas en el yacimiento se considera intermedia entre diferencial e instantánea aunque se acerca más a diferencial, debido a la elevada caída de presión en la cercanía a los pozos.

Liberación de Gas en la Superficie Caracterización Física de los Yacimientos Liberación de Gas en la Superficie Gas y líquido se mantienen en contacto en: * Tuberías de Producción. * Líneas de Flujo. * Separadores. No hay cambio de la composición total del sistema. Hay agitación permanente. Hay equilibrio entre las fases. Liberación TIPO INSTANTANEA. Si hay varios separadores, se acerca a DIFERENCIAL.

Caracterización Física de los Yacimientos Tiempo para Tomar las Muestras para Garantizar Representatividad del Fluido Original del Yacimiento. Apenas comienza la producción. - p  pb. - Si p < pb puede ocurrir: - Sg  Sgc RGP < Rsi La muestra tiene en solución menos gas que el original. Presión de burbujeo medida, menor que la presión de burbujeo verdadera y menor que la presión inicial del yacimiento. - Sg > Sgc La muestra puede tener exceso de gas. Presión de burbujeo obtenida mayor que la presión actual del yacimiento, eventualmente mayor que la presión original.

Número de Muestras Yacimientos Pequeños (una muestra representativa). Caracterización Física de los Yacimientos Número de Muestras Yacimientos Pequeños (una muestra representativa). Yacimientos grandes y / o muy heterogéneos: - Se requieren muestras de diferentes pozos. - Variaciones de la composición de la mezcla vertical y arealmente. Yacimientos de gran espesor: - Propiedades del petróleo pueden variar grandemente con profundidad. - Requiere técnicas especiales para tomar muestras representativas de un intervalo dado.

Escogencia del Pozo para Muestreo Caracterización Física de los Yacimientos Escogencia del Pozo para Muestreo Pozo nuevo con alto índice de productividad. - Evitar: a) Pozos con daño. b) Estimular antes del muestreo. No debe producir agua. Si no hay manera de evitarlo: a) Muestrear sólo la columna de petróleo con el pozo cerrado o se toma las muestras en superficie en un separador trifásico. Producción estabilizada (sin o poco cabeceo) La RGP y API del pozo de prueba deben ser representativos de varios pozos. Evitar muestreos de pozos cercanos a los contactos GP o AP. De ser imposible, escoger pozo de gran espesor en la columna de petróleo.

Acondicionamiento del pozo para Muestreo Caracterización Física de los Yacimientos Acondicionamiento del pozo para Muestreo Reemplazar crudo alterado (no representativo) del pozo y sus zonas adyacentes con crudo representativo del original del yacimiento. Factor más importante es estabilización. - Presiones de cabezal y fondo estables. - Tasas de producción de gas y petróleo estables. Se logra reduciendo las tasas de producción (Gas y Petróleo).

Recomendaciones API para acondicionar el pozo para muestreo Caracterización Física de los Yacimientos Recomendaciones API para acondicionar el pozo para muestreo Colocar en observación el pozo durante 24 horas para medir ql, qg, RGP y pwf. Si las tasas son estables, reducir ql en 30 a 50 % y se espera que RGP se estabilice. Se continua reduciendo ql hasta obtener bajas tasas de flujo estabilizadas (sin cabeceo).

Efectos de Reducción de ql sobre RGP Caracterización Física de los Yacimientos Efectos de Reducción de ql sobre RGP RGP PERMANECE ESTABLE - Crudo subsaturado. - Pozo está acondicionado para el muestreo py > pwf > pb RGP DISMINUYE. - Hay liberación de gas cerca del pozo, pero no hay movilidad (Sg< Sgc). - Crudo en el yacimiento puede estar: ... Ligeramente subsaturado py> pb > pwf …Saturado con py= pb > pwf - RGP < Rsi y hay que reducir ql para disolver el gas libre en el crudo.

Caracterización Física de los Yacimientos Distribución de presión en un yacimiento saturado bajo diferentes tasas de producción

Caracterización Física de los Yacimientos Distribución de presión en un yacimiento sub-saturado bajo diferentes tasas de producción

Efectos de Reducción de ql sobre RGP (cont) Caracterización Física de los Yacimientos Efectos de Reducción de ql sobre RGP (cont) RGP AUMENTA: - Hay flujo simultáneo de gas y petróleo en la formación. (Sg>Sgc) - Dependiendo de la py se puede dar. .... py = pb > pwf pozo se debe acondicionar como el caso anterior. .... pb > py > pwf las condiciones iniciales no se logran acondicionando el pozo. No se pueden obtener muestras representativas del fluido original.

Tipos de Muestreos Muestras de Fondo. Caracterización Física de los Yacimientos Tipos de Muestreos Muestras de Fondo. Muestras de Separador (Recombinadas) Muestras de Cabezal.

Muestras de Fondo Herramientas: Caracterización Física de los Yacimientos Muestras de Fondo Herramientas: - Muestreador de 6´de longitud y 1 - 1/2’’de diámetro. - Cámara de 600 - 700 cc. - Permite acumular muestras de petróleo y gas en solución, a p y T del punto de muestreo. Número de Muestras: - Mínimo 3. - Medir pb en el campo. - Aceptar si la diferencia de pb es de 20 - 30 lpc. - Caso contrario la herramienta está funcionando mal o el pozo no ha sido bien acondicionado.

Muestras de Fondo (Cont.) Caracterización Física de los Yacimientos Muestras de Fondo (Cont.) Procedimiento: - Estabilizar el pozo. - Crudo saturado: - Cerrar el pozo de uno a ocho días. - Tomar muestras con pozo cerrado. - Crudo subsaturado: - Tomar muestras con pozo fluyendo. Profundidad: - Sitio más profundo por donde pase el fluido de la formación. - Presión no inferior a la presión estática del yacimiento (presión estimada de la saturación).

Ventajas y Desventajas del Muestreo de Fondo Caracterización Física de los Yacimientos Ventajas y Desventajas del Muestreo de Fondo VENTAJAS DESVENTAJAS No requiere de medición de tasas de flujo Excelente para crudos subsaturados. No toma muestras representativas cuando Pwf < Pb. No se recomienda cuando el pozo tiene una columna grande de agua. No sirve para yacimientos de gas condensado. Pueden ocurrir fugas de gas o líquido durante la sacada de la muestra a superficie. Volumen de muestra pequeño. Muestreador costoso y posibles problemas mecánicos. Contaminación de la muestra con fluidos extraños.

Muestreo de Separador Procedimientos: Caracterización Física de los Yacimientos Muestreo de Separador Procedimientos: - Tomar muestras de petróleo y gas en el separador de alta. - Al mismo tiempo y bajo las mismas condiciones de presión y temperatura. - Diferencia en tiempo no mayor de una hora. - Medir en forma precisa las tasas correspondientes. - Recombinar las muestras según RGP medida.

Condiciones para el Muestreo de Separador Exitoso Caracterización Física de los Yacimientos Condiciones para el Muestreo de Separador Exitoso 1) Producción estabilizada a bajas tasas de flujo. - Mantener flujo estable en un lapso dado. - No exceder 100 BPD por un mínimo de 24 Hrs. 2) Medición precisa de las tasas de flujo - Medir tasa de flujo de gas en el separador de prueba. - Medir tasa de líquido en el tanque. - Corregir RGP por factor de encogimiento del crudo al pasar del separador al tanque RGPs PCN/B sep = (RGP PCN / BN) x S BN/B sep. - S se mide en el campo o en el laboratorio. - Recombinar con base a RGPs PCN/B sep.

Condiciones para el Muestreo de Separador Exitoso (Cont.) Caracterización Física de los Yacimientos Condiciones para el Muestreo de Separador Exitoso (Cont.) 3) Toma de muestras en la primera etapa del separador. - Gas - CILINDRO EVACUADO. - Líquido - DESPLAZAMIENTO.

Toma de muestra de gas en el separador Caracterización Física de los Yacimientos Toma de muestra de gas en el separador

Toma de muestra de líquido en el separador Caracterización Física de los Yacimientos Toma de muestra de líquido en el separador

Ventajas y Desventajas del Muestreo de Separador Caracterización Física de los Yacimientos Ventajas y Desventajas del Muestreo de Separador VENTAJAS DESVENTAJAS Es válido para casi todos los tipos de fluidos. Recomendado para yacimientos de gas condensado. Menos costoso y riesgoso que el de fondo Permite tomar muestras de gran volumen. Las muestras son de fácil manejo en el laboratorio. Los resultados dependen de la exactitud con que se mida la RGP. Un error de 5% en las tasas de flujo produce errores del orden de 150 lpc en pb. Resultados erróneos cuando en el separador se tiene problemas de espuma, separación ineficiente o nivel inadecuado de la interfase gas - líquido.

Caracterización Física de los Yacimientos Muestreo de Cabezal Si se produce flujo monofásico a condiciones de cabezal. La muestra se hace fluir a un cilindro usando la técnica de desplazamiento.

Ventajas y Desventajas del Muestreo de Cabezal Caracterización Física de los Yacimientos Ventajas y Desventajas del Muestreo de Cabezal VENTAJAS DESVENTAJAS Se puede usar en yacimientos subsaturados de petróleo o gas condensado Es rápido y de bajo costo. No requiere de la medición de tasas de flujo.. Es difícil tomar una muestra representativa por la agitación de los fluidos. No se debe usar si hay flujo bifásico en el cabezal.

Relación Gas - Petróleo en Solución, Rs Caracterización Física de los Yacimientos Solubilidad del Gas Natural en el crudo. Pies cúbicos normales de gas en un barril normal de crudo (BN). Rs = Volumen de Gas en Solución @ p y T, PCN 1 Barril de Petróleo @ 14,7/lpca y 60°F BN Factores que afectan Rs - Presión p => Rs - Temperatura T =>Rs - Gravedad del crudo API => Rs - Gravedad del Gas g => Rs - Tipo de liberación Rs lib-DIF > Rs lib-INS. Rs LIB . DIF  Rs LIB.INS + 100 PCN/BN

Factor Volumétrico del Petróleo, Bo Caracterización Física de los Yacimientos Factor Volumétrico del Petróleo, Bo Volumen de barriles (a p y T de yacimiento) ocupado por un barril normal (a 14,7lpc y 60°) de petróleo más el gas en solución. Bo = Barriles de crudo saturado con gas @ p y T, BY 1 barril de crudo @ 14,7lpc y 60°F BN Tiene en cuenta el efecto de la presión, temperatura y gas en solución sobre el volumen del crudo. Generalmente Bo > 1 Puede ser < 1 en crudos con muy poco gas en solución a altas presiones y temperaturas moderadas.

Caracterización Física de los Yacimientos Propiedades PVT

Esquema ilustrativo de los parámetros Rs y Bo Caracterización Física de los Yacimientos Esquema ilustrativo de los parámetros Rs y Bo

Factor Volumétrico del Gas, Bg Caracterización Física de los Yacimientos Factor Volumétrico del Gas, Bg Relaciona el volumen del gas en el yacimiento (a p y T) al volumen de la misma masa de gas en superficie a 14,7 lpca y 60° F. Es un factor adimensional. Se expresa en BY/PCN o PCY/PCN. Toma valores muy pequeños por expansibilidad del gas. Bg= 14,7 Zg T = 0,02829 Zg T PCY 520 p p PCN

Factor VolumétricoTotal o Bifásico, Bt Caracterización Física de los Yacimientos Factor VolumétricoTotal o Bifásico, Bt Bt = Vol de crudo saturado + Vol de Gas libre @ p y T, BY Vol de crudo @ 14,7 lpca y 60° F BN Bt = Bo + (Rsi - Rs) Bg Bo => BY / BN Bg => BY/PCN Rsi - Rs => PCN / BN Crudos Subsaturados p>pb , Rsi = Rs y Bt = Bo Crudos saturados p < pb, Rsi >Rs p => Bo y (Rsi - Rs) y Bg => Bt p = Bt (expansión)

Viscosidad del Petróleo, o Caracterización Física de los Yacimientos Viscosidad del Petróleo, o Crudo Subsaturado p => o por expansión. Crudo Saturado p = > o por reducción del gas es solución En un yacimiento agotado, el crudo tiene una viscosidad mayor que la que tenía el crudo original.

Compresibilidad del Petróleo, Co Caracterización Física de los Yacimientos Compresibilidad del Petróleo, Co Compresibilidad de una substancia es el cambio unitario de volumen con presión a temperatura constante. Co = Compresibilidad del petróleo, Vo = Volumen. p = Presión

Compresibilidad del Petróleo, Co (cont) Caracterización Física de los Yacimientos Compresibilidad del Petróleo, Co (cont) Esta ecuación se convierte en: Crudo Subsaturado

Pruebas PVT de Laboratorio Caracterización Física de los Yacimientos Pruebas PVT de Laboratorio Incluye las siguientes pruebas: Composición de la muestra del fluido del yacimiento Expansión a composición constante (relación pV) Liberación diferencial isotérmica Separación instantánea (pruebas de separadores) Variación de viscosidad de fluidos con presión

Composición del Fluido del Yacimiento Caracterización Física de los Yacimientos Composición del Fluido del Yacimiento Cromatografía. Destilación. Destilación simulada por cromatografía. Espectrometría de masas. Muestras gaseosas sólo cromatografía desde C1 hasta C11 . A veces sólo hasta C6+ o C7+ Muestra de fondo o recombinada: - Liberación instantánea en el laboratorio. - Gas liberado se analiza separadamente del líquido remanente - Recombinación para obtener composición de la muestra total.

Pruebas de Expansión a Composición Constante Caracterización Física de los Yacimientos Pruebas de Expansión a Composición Constante Liberación instantánea. Se realiza en celda de acero de volumen del orden de 1/2 litro, capaz de resistir altas presiones (> 10.000 lpc) y temperaturas (>350°F). Se obtienen las siguientes propiedades del crudo. - Presión de Burbujeo, pb (cambio de pendiente de la curva V vs p). - Volumen relativo.- Volumen total del fluido en la celda a una presión p, dividido por el volumen en el punto de burbujeo, Vb. - Factor de Compresibilidad - Función Y:

Caracterización Física de los Yacimientos Variación del volumen relativo con presión. Prueba de expansión a composición constante

Pruebas de Expansión a Composición Constante (Cont.) funcion Y (Cont.) Caracterización Física de los Yacimientos Pruebas de Expansión a Composición Constante (Cont.) funcion Y (Cont.) Sistemas compuestos básicamente por hidrocarburos, muestran relación lineal de Y vs. p. Si hay presencia de no hidrocarburos (C02, agua) se aleja del comportamiento lineal. Si pb del informe es superior a la real, los valores de Y se alejan por encima de la recta. Si pb del informe es inferior a la real, los valores de Y se alejan por debajo de la recta.

Gráfico de la función Y del análisis PVT del apéndice A Caracterización Física de los Yacimientos 500 1.5 2.0 2.5 1000 Pb 1500 2000 2500 Y P pca Gráfico de la función Y del análisis PVT del apéndice A

Función “Y” de un crudo con 40% de CO2 Caracterización Física de los Yacimientos Función “Y” de un crudo con 40% de CO2

Ejemplo de la función “Y” cuando Pb ha sido sobrestimada Caracterización Física de los Yacimientos Ejemplo de la función “Y” cuando Pb ha sido sobrestimada

Ejemplo de la función “Y” cuando Pb ha sido bajo estimada Caracterización Física de los Yacimientos Ejemplo de la función “Y” cuando Pb ha sido bajo estimada