Consideraciones de la EBM
Consideraciones a tomar en cuenta en la EBM
El principio fundamental de la ecuación de balance de materiales se basa en:
La masa de hidrocarburos iniciales en sitio es igual a la suma de las masas producidas y remanentes en el yacimiento
Mi = M+M.
M= fluidos producidos
M= remanentes
Mi= masa inicial de fluidos
En el cáculo de la ecuación de balance de materiales se considera implícitamente el yacimiento como un tanque de volumen consta∫Vi , cuya presión está definida por el average volumétrico de presiones
P= 1/Vi ∫Vi pdV
Donde Vi es el volumen inicial
Y asumiendo la densidad del fluido constante durante el drenaje, se puede transformar el balance de materia en términos de conservación de volumen dando lugar a la igualdad
Expansion= Producción
Aun cuando la técnica del balance de materiales usa cruda aproximaciones del yacimiento, con limitada información local, su aplicación y uso ha probado ser de gran importancia en varias situaciones:
Cálculo de POES
Extrapolación de las curvas de producción de petróleo, agua y gas (curvas de declinación)
Identificación de mecanismos de empujes
Índices de recobro y producción
Historia de producción del pozo
Para que estas estimaciones sean correctas se debe tener cuando la apropiada data geológica, de producción y de laboratorio este disponible. Más específicamente, información geológica adecuada debe estar disponible para permitir la estimación del tamaño relativo de la capa de gas en la zona de petróleo. La data de producción del campo incluyendo acumulaciones de petróleo, agua y gas producidas y la presión del yacimiento en función del tiempo son también necesarias, así como también correcta data de laboratorio, con relaciones empíricas de las propiedades físicas del agua, petróleo y gas, esta data es principalmente factores volumétricos de formación y solubilidad del gas.
Además de estos datos, a pesar de no ser necesario, es bien deseado el saber el mecanismo de empuje del yacimiento de manera de estimar un valor del POES mas acertado. Si el mecanismo no es conocido, un largo y tedioso proceso de ensayo y error es necesario para identificarlo.
Toda esta información suministrada será sustituida en la ecuación de manera que el valor del POES será computado para cada paso de presión, si la información es correcta y el mecanismo de empuje es identificado apropiadamente, el valor del POES calculado se mantendrá aproximadamente constante para cada cálculo de presión, en caso contrario es probable que el mecanismo de empuje se determino incorrectamente, o la data de presión, parámetros pvt y demás es errónea, en caso de que ocurra se deben repetir los pasos anteriores hasta dar con el mecanismo de empuje correcto.
Se debe hacer notar que la ecuación de balance de materiales no toma en consideración la tasa de producción de los fluidos, así mismo es obvio que la ecuación contiene tres cantidades las cuales pueden no ser medidas directamente como: el POES, el GOES y el influjo de agua acumulado, mientras la EBM tenga un bajo poder de resolución, es necesario definir al menos dos de los parámetros antes mencionados son cuales son independientes unos de otros.
Fuentes de error en la ecuación de Balance de Materiales
La Ecuación de Balance de Materiales fue desarrollada a partir de varias premisas, las cuales no siempre se cumplen, como es el hecho de que el yacimiento debe estar en equilibrio total e instantáneo entre sus fases; esta premisa es muy ideal y por lo general no ocurre completamente generando así errores en los cálculos obtenidos, por lo cual se debe tener cuidado con el uso de los resultados que genere este método.
Algunas de las situaciones que son fuentes de error y que deben ser consideradas con cuidado son las siguientes:
- Supersaturación de los Hidrocarburos Líquidos en el Yacimiento.
En algunos casos cuando la presión disminuye en un yacimiento saturado, el gas sale de la solución, pero en un volumen inferior al esperado de acuerdo a los análisis PVT calculados a condiciones de equilibrio. En estos casos, el líquido posee un volumen de gas en solución que excede a la cantidad en equilibrio que se obtuvieron en el análisis PVT.
Cuando esto sucede la presión real será inferior a la calculada usando la Ecuación de Balance de Materiales, esto se debe a que el volumen de gas que debería estar en fase de gaseosa ejerciendo presión, se encuentra en fase liquida, sin ejercer ningún tipo de presión de vapor.
- Selección inadecuada de la Relación PVT
La Ecuación de Balance de Materiales requiere los volúmenes de fluidos medidos en campo como el gas producido, el petróleo producido y el agua producida, luego de pasar por una serie de procesos de: vaporización instantánea, diferencial y mixta. Es por ello que es de vital importancia seleccionar un análisis PVT que represente adecuadamente en forma global la secuencia de procesos que han intervenido en la producción de los fluidos medidos. Si el análisis PVT no es representativo, entonces los procesos, los estimados y/o pronósticos obtenidos a partir de la Ecuación de Balance de Materiales lógicamente estarán muy alejados de la realidad.
- Presión Promedio del Yacimiento.
Otra premisa de la Ecuación de Balance de Materiales es que el yacimiento se comporte como un tanque dentro del volumen de control, en equilibrio instantáneo, de esto surge la suposición de que la totalidad de los fluidos estén siempre a la misma presión.
Las presiones usadas en la Ecuación de Balance de Materiales deben ser representativas de todo el sistema, en lo posible debe usarse la ponderación volumétrica en las presiones medidas, finalmente al tomar las mediciones se deben tener en cuenta:
- La precisión del quipo usado para la toma de las mediciones.
- El uso de presiones saturadas.
- El uso de presiones individuales de pozos productores.
- Los tiempos de restauración y cierre utilizados en las presiones restauradas.
- Errores de Medición en los Volúmenes de Fluidos Producidos.
Uno de los errores más comunes en la aplicaron de la Ecuación de Balance de Materiales es la toma errónea de los volúmenes producidos. Es muy importante monitorear correctamente los volúmenes producidos para minimizar los errores. En especial cuando se tiene un yacimiento subsaturado, los errores de este tipo generarían estimaciones elevadas de los valores del Petróleo Original En Sitio (N) y del Influjo de Agua (We)
- Acuíferos Activos y Descensos Leves de Presión.
Cuando el acuífero es muy activo o la capa de gas en muy grande los cambios de presión son muy pequeños generando errores al aplicar la Ecuación de Balance de Materiales. Las diferencias de propiedades causadas por las variaciones ocurridas en los valores de petróleo producido, gas producido y agua producida no son significativas. En el caso de que la capa de gas sea muy grande en relación a la cantidad de petróleo, el yacimiento tendera más a comportarse como un yacimiento de gas y no como un yacimiento petrolífero.
- Estimados de la Expansión del Gas en la Capa de Gas (m).
Otra de las premisas de la Ecuación de Balance de Materiales es que se supuso que todo el gas libre se encuentra en la capa de gas y que todo el petróleo se encuentra en la zona petrolífera. Sin embargo esto no siempre se cumple ya que se puede encontrar saturación de petróleo en la zona de gas libre y gas en la zona petrolífera. Además se supuso que:
Saturación de petróleo: So = 1 - Swi
Saturación de gas: Sg = 1 – Swi
Esto no siempre es cierto, pero en los casos en los que no suceda esto, el valor de m tiene que ser calculado usando todo el gas libre y todo el petróleo en estado liquido contenido en los poros, independientemente del lugar en que se encuentren.
- Petróleo Activo.
El principio fundamental de la ecuación de balance de materiales se basa en:
La masa de hidrocarburos iniciales en sitio es igual a la suma de las masas producidas y remanentes en el yacimiento
Mi = M+M.
M= fluidos producidos
M= remanentes
Mi= masa inicial de fluidos
En el cáculo de la ecuación de balance de materiales se considera implícitamente el yacimiento como un tanque de volumen consta∫Vi , cuya presión está definida por el average volumétrico de presiones
P= 1/Vi ∫Vi pdV
Donde Vi es el volumen inicial
Y asumiendo la densidad del fluido constante durante el drenaje, se puede transformar el balance de materia en términos de conservación de volumen dando lugar a la igualdad
Expansion= Producción
Aun cuando la técnica del balance de materiales usa cruda aproximaciones del yacimiento, con limitada información local, su aplicación y uso ha probado ser de gran importancia en varias situaciones:
Cálculo de POES
Extrapolación de las curvas de producción de petróleo, agua y gas (curvas de declinación)
Identificación de mecanismos de empujes
Índices de recobro y producción
Historia de producción del pozo
Para que estas estimaciones sean correctas se debe tener cuando la apropiada data geológica, de producción y de laboratorio este disponible. Más específicamente, información geológica adecuada debe estar disponible para permitir la estimación del tamaño relativo de la capa de gas en la zona de petróleo. La data de producción del campo incluyendo acumulaciones de petróleo, agua y gas producidas y la presión del yacimiento en función del tiempo son también necesarias, así como también correcta data de laboratorio, con relaciones empíricas de las propiedades físicas del agua, petróleo y gas, esta data es principalmente factores volumétricos de formación y solubilidad del gas.
Además de estos datos, a pesar de no ser necesario, es bien deseado el saber el mecanismo de empuje del yacimiento de manera de estimar un valor del POES mas acertado. Si el mecanismo no es conocido, un largo y tedioso proceso de ensayo y error es necesario para identificarlo.
Toda esta información suministrada será sustituida en la ecuación de manera que el valor del POES será computado para cada paso de presión, si la información es correcta y el mecanismo de empuje es identificado apropiadamente, el valor del POES calculado se mantendrá aproximadamente constante para cada cálculo de presión, en caso contrario es probable que el mecanismo de empuje se determino incorrectamente, o la data de presión, parámetros pvt y demás es errónea, en caso de que ocurra se deben repetir los pasos anteriores hasta dar con el mecanismo de empuje correcto.
Se debe hacer notar que la ecuación de balance de materiales no toma en consideración la tasa de producción de los fluidos, así mismo es obvio que la ecuación contiene tres cantidades las cuales pueden no ser medidas directamente como: el POES, el GOES y el influjo de agua acumulado, mientras la EBM tenga un bajo poder de resolución, es necesario definir al menos dos de los parámetros antes mencionados son cuales son independientes unos de otros.
Fuentes de error en la ecuación de Balance de Materiales
La Ecuación de Balance de Materiales fue desarrollada a partir de varias premisas, las cuales no siempre se cumplen, como es el hecho de que el yacimiento debe estar en equilibrio total e instantáneo entre sus fases; esta premisa es muy ideal y por lo general no ocurre completamente generando así errores en los cálculos obtenidos, por lo cual se debe tener cuidado con el uso de los resultados que genere este método.
Algunas de las situaciones que son fuentes de error y que deben ser consideradas con cuidado son las siguientes:
- Supersaturación de los Hidrocarburos Líquidos en el Yacimiento.
En algunos casos cuando la presión disminuye en un yacimiento saturado, el gas sale de la solución, pero en un volumen inferior al esperado de acuerdo a los análisis PVT calculados a condiciones de equilibrio. En estos casos, el líquido posee un volumen de gas en solución que excede a la cantidad en equilibrio que se obtuvieron en el análisis PVT.
Cuando esto sucede la presión real será inferior a la calculada usando la Ecuación de Balance de Materiales, esto se debe a que el volumen de gas que debería estar en fase de gaseosa ejerciendo presión, se encuentra en fase liquida, sin ejercer ningún tipo de presión de vapor.
- Selección inadecuada de la Relación PVT
La Ecuación de Balance de Materiales requiere los volúmenes de fluidos medidos en campo como el gas producido, el petróleo producido y el agua producida, luego de pasar por una serie de procesos de: vaporización instantánea, diferencial y mixta. Es por ello que es de vital importancia seleccionar un análisis PVT que represente adecuadamente en forma global la secuencia de procesos que han intervenido en la producción de los fluidos medidos. Si el análisis PVT no es representativo, entonces los procesos, los estimados y/o pronósticos obtenidos a partir de la Ecuación de Balance de Materiales lógicamente estarán muy alejados de la realidad.
- Presión Promedio del Yacimiento.
Otra premisa de la Ecuación de Balance de Materiales es que el yacimiento se comporte como un tanque dentro del volumen de control, en equilibrio instantáneo, de esto surge la suposición de que la totalidad de los fluidos estén siempre a la misma presión.
Las presiones usadas en la Ecuación de Balance de Materiales deben ser representativas de todo el sistema, en lo posible debe usarse la ponderación volumétrica en las presiones medidas, finalmente al tomar las mediciones se deben tener en cuenta:
- La precisión del quipo usado para la toma de las mediciones.
- El uso de presiones saturadas.
- El uso de presiones individuales de pozos productores.
- Los tiempos de restauración y cierre utilizados en las presiones restauradas.
- Errores de Medición en los Volúmenes de Fluidos Producidos.
Uno de los errores más comunes en la aplicaron de la Ecuación de Balance de Materiales es la toma errónea de los volúmenes producidos. Es muy importante monitorear correctamente los volúmenes producidos para minimizar los errores. En especial cuando se tiene un yacimiento subsaturado, los errores de este tipo generarían estimaciones elevadas de los valores del Petróleo Original En Sitio (N) y del Influjo de Agua (We)
- Acuíferos Activos y Descensos Leves de Presión.
Cuando el acuífero es muy activo o la capa de gas en muy grande los cambios de presión son muy pequeños generando errores al aplicar la Ecuación de Balance de Materiales. Las diferencias de propiedades causadas por las variaciones ocurridas en los valores de petróleo producido, gas producido y agua producida no son significativas. En el caso de que la capa de gas sea muy grande en relación a la cantidad de petróleo, el yacimiento tendera más a comportarse como un yacimiento de gas y no como un yacimiento petrolífero.
- Estimados de la Expansión del Gas en la Capa de Gas (m).
Otra de las premisas de la Ecuación de Balance de Materiales es que se supuso que todo el gas libre se encuentra en la capa de gas y que todo el petróleo se encuentra en la zona petrolífera. Sin embargo esto no siempre se cumple ya que se puede encontrar saturación de petróleo en la zona de gas libre y gas en la zona petrolífera. Además se supuso que:
Saturación de petróleo: So = 1 - Swi
Saturación de gas: Sg = 1 – Swi
Esto no siempre es cierto, pero en los casos en los que no suceda esto, el valor de m tiene que ser calculado usando todo el gas libre y todo el petróleo en estado liquido contenido en los poros, independientemente del lugar en que se encuentren.
- Petróleo Activo.
Otra idealización de la Ecuación de Balance de Materiales es que el yacimiento al ser un sistema homogéneo distribuye en toda su extensión y por igual los efectos de las presiones que hayan dentro de él, en ciertas ocasiones esta premisa tiene poca validez debido a la configuración y dimensiones del yacimiento que hacen que no les llegue el efecto de los cambios de presión, bien sea porque el yacimiento es muy grande, porque los efectos de la producción no son los suficientemente significativos para que alcancen todas las zonas del yacimiento, o porque las características propias de la roca impiden que tales efectos se repartan de la manera más uniforme posible. Cualquiera sea el caso que ocurra, se presentan en el yacimiento dos tipos de petróleo, el activo y el inactivo, uno que está sometido a los cambios y efectos de las presiones y el otro que no, respectivamente.
El petróleo original en sitio no varía, pero sí lo hace la relación del volumen activo (aumenta con el tiempo) con respecto al volumen inactivo (disminuye con el tiempo), tal que el petróleo activo es igual al petróleo original en sitio.
En los yacimientos donde los volúmenes de petróleo inactivo son muy importantes se notará entonces una gran diferencia entre los volúmenes de petróleo original en sitio calculados por métodos volumétricos y los volúmenes calculados por medio de la Ecuación de Balance de Materiales, debido a que este último procedimiento solo toma en cuenta como petróleo en sitio aquel que está bajo los efectos de los cambios de presión, es decir, la Ecuación de Balance de Materiales solo calcula los volúmenes de petróleo activo como petróleo original en sitio, despreciando los volúmenes de petróleo inactivo.
Referencias Bibliográficas
Essenfeld, M. y Barberii, E.: “Yacimientos de Hidrocarburos”, Fondo Editorial del Centro Internacional de Educación y Desarrollo (FONCIED), Caracas, Sep.2001.
AMYX, J.M.; Bass, D.M.; Whiting, R.L. "Petroleum Reservoir Engineering- Physical Properties" . McGraw-Hill (1960)
Advanced Reservoir Engineering Author P.E., Tarek Ahmed, Ph.D.,; McKinney, Paul
El petróleo original en sitio no varía, pero sí lo hace la relación del volumen activo (aumenta con el tiempo) con respecto al volumen inactivo (disminuye con el tiempo), tal que el petróleo activo es igual al petróleo original en sitio.
En los yacimientos donde los volúmenes de petróleo inactivo son muy importantes se notará entonces una gran diferencia entre los volúmenes de petróleo original en sitio calculados por métodos volumétricos y los volúmenes calculados por medio de la Ecuación de Balance de Materiales, debido a que este último procedimiento solo toma en cuenta como petróleo en sitio aquel que está bajo los efectos de los cambios de presión, es decir, la Ecuación de Balance de Materiales solo calcula los volúmenes de petróleo activo como petróleo original en sitio, despreciando los volúmenes de petróleo inactivo.
Referencias Bibliográficas
Essenfeld, M. y Barberii, E.: “Yacimientos de Hidrocarburos”, Fondo Editorial del Centro Internacional de Educación y Desarrollo (FONCIED), Caracas, Sep.2001.
AMYX, J.M.; Bass, D.M.; Whiting, R.L. "Petroleum Reservoir Engineering- Physical Properties" . McGraw-Hill (1960)
Advanced Reservoir Engineering Author P.E., Tarek Ahmed, Ph.D.,; McKinney, Paul
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