Mecanismo de Empuje

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MECANISMO DE EMPUJE ALUMNO ALFREDO GONZALEZ HERNANDEZ CARRERA INGENIERÍA PETROLERA MATERIA PRODUCCION I PROFESOR ING. MALDONADO SÁNCHEZ MARCO ANTONIO

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MECANISMO DE EMPUJEALUMNO

ALFREDO GONZALEZ HERNANDEZCARRERA

INGENIERÍA PETROLERAMATERIA

PRODUCCION IPROFESOR

ING. MALDONADO SÁNCHEZ MARCO ANTONIO

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INDICE

INTRODUCCIÓN……………………………………………………….………3

MECANISMO DE EMPUJE………………………………………….……..4

EXPANSIÓN ROCA FLUIDO……………………………………….….……5

EMPUJE HIDRÁULICO…………………………………………………….…6

EMPUJE POR CAPA DE GAS O CASQUETE DE GAS………….…7

DESPLAZAMIENTO POR SEGREGACIÓN GRAVITACIONAL...8

EMPUJE POR GAS DISUELTO LIBERADO……………………….…..9

EMPUJE COMBINADO……………………………………………………..10

CONCLUSION…………………………………………………………………..11

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BIBLIOGRAFIA………………………………………………………………….12

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INTRODUCCIONLos depósitos de gas y de petróleo se clasifican de acuerdo con la energía y las fuerzas naturales que hacen posible su explotación. En la época en que el aceite se formó y se acumuló en depósitos, también se acumularon progresivamente la presión y energía al interior del gas y el agua que lo acompañaban. Esta presión y esta energía vendrían a ser necesarias más tarde para ayudar a extraer el petróleo desde el subsuelo hasta la superficie. De nada serviría perforar un pozo para extraer petróleo de un yacimiento si no existieran además grandes presiones en el gas o en el agua (o en ambos), que hacen parte del depósito. Su función primordial es la de empujar el aceite a través de los poros de la roca y desplazarlo hacia el pozo que se ha perforado.

El mecanismo de empuje del yacimiento es el que aporta la energía que mueve el hidrocarburo localizado en un tanque del yacimiento hacia el pozo mientras es extraído. Existen cinco mecanismos de empuje comunes como lo son el empuje de agua ,empuje por capa de gas , expansión del gas, gas en solución, segregación gravitacional, empuje por compactación. Un tipo usualmente prevalece, aunque diferentes tipos de empujes pueden ocurrir en combinación.Esto servirá para es dar a conocer información concreta y clara referida acerca de los diferentes tipos de mecanismos de empuje así mismo poder describir cada uno de estos y ver cuales sus mecanismos para poder aplicarlos.

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MECANISMO DE EMPUJELos mecanismos de empuje son los responsables de aportar la energía necesaria para que los fluidos puedan desplazarse dentro del yacimiento, es decir, para que los fluidos puedan ser explotados. El empuje del petróleo hacia los pozos se efectúa inicialmente por la presión natural que tiene el yacimiento.

Es muy importante detectar lo mas anticipadamente el mecanismo natural de empuje o expulsión del petróleo, debido a que se puede obtener un mejor provecho del futuro comportamiento del mecanismo en el yacimiento, y también ayudara para estudiar las futuras aplicaciones de extracción secundarias como inyección de gas, de agua, de vapor, entre otros elementos. Para detectar el mecanismo de producción se acude a la interpretación de una extensa data obtenida durante la perforación de los pozos y durante el comienzo y toda la etapa de producción primaria.

La recuperación de aceite se obtiene mediante un proceso de desplazamiento. El gradiente de presión obliga al aceite a fluir hacia los pozos, pero ese movimiento se verifica solamente so otro material llena el espacio desocupado por el aceite y mantiene, en dicho espacio, la presión requerida para continuar el movimiento de los fluidos. En cierto modo el aceite no fluye del yacimiento, sino que es expulsado mediante un proceso de desplazamiento, siendo los principales agentes desplazantes el gas y el agua.

Los procesos de desplazamiento son:• Expansión de la roca-fluido• Empuje por agua• Empuje por capa de gas• Desplazamiento por segregación gravitacional• Empuje por gas disuelto• Empujes combinados

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EXPANSIÓN DE LA ROCA-FLUIDOUn petróleo crudo es sub-saturado cuando contiene menos gas que el requerido para saturar el petróleo a la presión y temperatura del yacimiento. Cuando el petróleo es altamente sub-saturado, mucha de la energía del yacimiento se almacena por la compresibilidad de la roca y de los fluidos; como consecuencia, la presión declina rápidamente a medida que se extraen los fluidos hasta que se alcanza la presión de burbujeo. entonces, el empuje por gas en solución se transforma en la fuente de energía para el desplazamiento de los fluidos.

Un yacimiento sub-saturado se puede identificar por los datos de presión del yacimiento, realizando un análisis de los fluidos del yacimiento o mediante un comportamiento PVT. Estos yacimientos son buenos candidatos para la inyección de agua con el fin de mantener alta la presión del yacimiento y para incrementar la presión del yacimiento.

Este proceso de desplazamiento ocurre hasta que se alcanza la presión de saturación. La expulsión del aceite se debe a la expansión del sistema. El aceite, el agua congénita y la roca se expanden, desalojando hacia los pozos productores el aceite contenido en el yacimiento. Dada la baja compresibilidad del sistema, el ritmo de declinación de la presión con respecto a la extracción, es muy pronunciado.

La liberación del gas disuelto en el aceite ocurre en la tubería de producción, al nivel en que se obtiene la presión de saturación o presión de punto de burbuja. La relación gas-aceite producida permanece, por lo tanto, constante durante esta etapa de explotación, e igual el Rsi. La saturación del aceite prácticamente no varía. La porosidad y permeabilidad absoluta disminuyen ligeramente, así como la viscosidad del aceite. El factor de volumen del aceite aumenta también de forma muy ligera.

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EMPUJE HIDRAULICOEl desplazamiento por invasión de agua es en muchos sentidos similar al de casquete de gas. El desplazamiento de los hidrocarburos tiene lugar en este casi atrás y en la interface agua-aceite móvil. En este proceso el agua invade y desplaza al aceite, progresivamente, desde las fronteras exteriores del yacimiento hacia los pozos productores. Si la magnitud del empuje hidráulico es lo suficientemente fuerte para mantener la presión del yacimiento o permitirá un ligero abatimiento de ella, entonces el aceite será casi totalmente recuperado por desplazamiento con agua, puesto que no habrá liberación de gas en solución o dicha liberación será pequeña y asimismo el desplazamiento que ocasione. Los requerimientos básicos para este proceso son: En primer lugar una fuente adecuada que suministre agua en forma accesible al yacimientoEn segundo término una presión diferencial entre la zona de aceite (yacimiento) y la zona de agua (acuífero), que induzca y mantenga la invasión. El empuje hidráulico puede ser de manera natural o artificial. Para que se presente en forma natural debe existir, junto a la zona productora, un gran volumen de agua en la misma formación, sin barreras entre el aceite y el agua, y la permeabilidad de la formación facilitar su filtración adecuada.

La formación acuífera puede algunas veces alcanzar la superficie. En este caso la fuente del agua de invasión podrá disponerse a través de la entrada de agua superficial por el afloramiento. Esta condición no es muy común. Generalmente la invasión de agua tiene lugar por la expansión de la roca y el agua en el acuífero, como resultado de la declinación de la presión transmitida desde el yacimiento. Debido a que las compresibilidades de la roca y el agua son muy pequeñas, un empuje hidráulico regular requerirá de un acuífero extenso y grande, miles de veces mayor que el yacimiento.

Después que la interface o contacto agua-aceite alcanza un pozo, su producción de agua aumenta progresivamente. El proceso se termina al abandonar el yacimiento cuando se invaden los pozos superiores y su producción disminuye a un nivel tal que la recuperación deja de ser costeable.En la mayoría de los yacimientos agotados por empuje de agua, la presión del yacimiento se conserva a un nivel relativamente alto cuando se abandona la producción.Las recuperaciones varían normalmente entre 35% y el 75% del volumen original de aceite en el yacimiento. Las recuperaciones bajas corresponden a yacimientos heterogéneos o con aceite viscoso.

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EMPUJE POR CAPA O CASQUETE DE GASEl empuje por capa de gas consiste en una invasión progresiva de la zona de aceite por gas, acompañada por un desplazamiento direccional del aceite fuera de la zona de gas libre y hacia los pozos productores. Los requerimientos básicos son:

1. Que la parte superior del yacimiento contenga una alta saturación de gas2. Que exista un continuo crecimiento o agrandamiento de la zona ocupada por el

casquete de gas

La zona de gas libre requerida puede presentarse de tres maneras:a) Existir inicialmente en el yacimiento como casqueteb) Bajo ciertas condiciones, puede formarse por la acumulación de gas liberado por el

aceite al abatirse la presión del yacimiento, a consecuencia de la segregación gravitacional

c) La capa de gas puede crearse artificialmente por inyección de gas en la parte superior del yacimiento, si existe condiciones favorables para su segregación

El mecanismo por el cual el aceite se recupera bajo este proceso, se entiende fácilmente considerando primero la naturaleza del desplazamiento cuando la presión del yacimiento se mantiene constante por inyección de gas, y analizando a continuación las diferencias que surgen cuando se permite la declinación de la presión en el yacimiento. Es obvio que si la presión del yacimiento se mantiene en su valor original, el gas inyectado no tiene acceso a la zona de aceite, excepto atrás o enfrente de avance del gas libre y por lo tanto la parte inferior de la estructura conserva sus condiciones originales de saturación de aceite, hasta que se invade por el gas inyectado.

La producción de aceite proviene de los pozos localizados en la zona de aceite, pero el aceite producido es reemplazado por el que se mueve adelante del frente de gas. En esta forma el proceso obliga al aceite a moverse hacia la parte inferior del yacimiento.

Las recuperaciones en yacimientos con capa de gas varían normalmente del 20 al 40 % del aceite contenido originalmente, pero si

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existen condiciones favorables de segregación se pueden obtener recuperaciones del orden del 60% o más.

DESPLAZAMIENTO POR SEGREGACIÓN GRAVITACIONALLa segregación gravitacional o drene por gravedad, puede clasificarse como un mecanismo de empuje; sin embargo, se considera más bien como una modificación de los demás. La segregación gravitacional es la tendencia del aceite, gas y agua a distribuirse en el yacimiento de acuerdo a sus densidades. El drene por gravedad puede participar activamente en la recuperación del aceite. Por ejemplo, en un yacimiento bajo condiciones favorables de segregación, gran parte del gas liberado fluirá a la parte superior del yacimiento, en vez de ser arrastrado hacia los pozos por la fuerza de presión, contribuyendo así a la formación o agrandamiento del casquete de gas y aumentando la eficiencia total del desplazamiento.

Los yacimientos presentan condiciones propicias a la segregación de sus fluidos, cuando poseen espesores considerables o alto relieve estructural, alta permeabilidad y cuando los gradientes de presión aplicados, no gobiernan totalmente el movimiento de los fluidos.La recuperación en yacimientos donde existe segregación de gas y/o de agua, es sensible al ritmo de producción. Mientras menores sean los gastos, menores serán los gradientes de presión y mayor la segregación.

Para que esto ocurra debe existir suficiente permeabilidad vertical o un buzamiento pronunciado de los estratos para permitir que las fuerzas gravitacionales sean mayores que las fuerzas viscosas dentro del yacimiento. La eficiencia del mecanismo puede ser sorprendentemente alta, es decir, mayor al 75 por ciento, si:

Hay altos buzamientos El yacimiento posee una capa de gas inicial El petróleo tiene baja viscosidad El drenaje de petróleo desde el tope de la columna se reemplaza por gas liberado

Si no se toma en cuenta el aspecto económico, este es el mecanismo de empuje primario más eficiente, debido a que su rango de recuperación esta entre el 40 y 80 por ciento.

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EMPUJE DE GAS DISUELTO LIBERADOUna vez iniciada en el yacimiento la liberación del gas disuelto en el aceite, al alcanzarse la presión de saturación, el mecanismo de desplazamiento del aceite se deberá, primordialmente, al empuje de gas disuelto liberado; ya que si bien es cierto que tanto el agua intersticial y la roca continuaran expandiéndose, su efecto resulta despreciable, puesto que la compresibilidad del gas es mucho mayor que la de los otros componentes de la formación. El gas liberado no fluye inicialmente hacia los pozos, sino que se acumulan en forma de pequeñas burbujas aisladas, las cuales por motivo de declinación de la presión, llegan a formar posteriormente una fase continua, que permitirá el flujo de gas hacia los pozos.

La saturación de gas mínima para que ocurra flujo del mismo se llama saturación de gas critica, la relación gas aceite producido disminuye ligeramente, que que el gas disuelto en el aceite, que se libera, queda atrapado en el yacimiento. El gas liberado llena totalmente el espacio desocupado por el aceite producido. La saturación de aceite disminuirá constantemente, a causa de su producción y encogimiento por la liberación de gas disuelto; por lo tanto, mientras la permeabilidad del aceite disminuye continuamente, la permeabilidad del gas aumentara.

El gas fluirá más fácilmente que el aceite, debido a que es más ligero, menos viscoso y a que su trayectoria se desplaza a por la parte central de los poros (bajo condiciones equivalentes, su movilidad es mucho mayor al que el aceite) de esta manera la relación gas aceite que fluye en el yacimiento aumentara constantemente y la relación gas-aceite producido en la superficie mostrara un progresivo incremento, hasta que la presión del yacimiento se abata substancialmente.

Cuando este ocurra, la relación medida en la superficie disminuirá, debido a que las presiones bajas, los volúmenes de gas en el yacimiento se aproximan a los volúmenes medidos en la superficie.

Debido a que este tipo de mecanismo se presenta generalmente en yacimientos cerrados, la producción de agua es muy pequeña o nula, las recuperaciones por empuje de gas disuelto son casi siempre bajas, variando generalmente entre 5 y 35% del aceite contenido a la presión de saturación.

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EMPUJE COMBINADOEn la mayoría de los yacimientos se presenta mas de un tipo de empuje durante su vida productiva, bien sea en forma alternada o simultanea. En ambos casos, se dice que el yacimiento produce por empuje combinado.

Es conveniente hacer notar que en todos los tipos de empuje están presentes las fuerzas de gravedad y capilaridad, alterando positiva o negativamente la acción de tales empujes. En caso de yacimientos de gran espesor y/o buzamiento pronunciado, el efecto de la gravedad puede hacer que el gas que sale de la solución con el petróleo fluya a la parte mas alta de la estructura, en contracorriente con el petróleo, originando así una capa de gas secundaria o agradeciendo la original. Esto dará un empuje adicional no existente en la capa de gas secundaria o aumentara la efectividad de la capa de gas original. Por otro lado, un fuerte empuje con agua abrumara completamente un empuje por gas en solución al mantener la presión por encima del punto de burbujeo.

A continuación presenta curvas típicas de presión versus recobro para diferentes tipos de empujes. De acuerdo con el comportamiento de estos mecanismos se puede resumir que el empuje por gas en solución se caracteriza de por una rápida declinación en presión y una eficiencia en recuperación baja. En el caso de empuje por capa de gas, la presión se mantiene a un nivel mas alto que en el caso de empuje por gas en solución y por lo tanto la eficiencia de recuperación mejora. El grado de mejoramiento depende del tamaño de la capa de gas en relación con el tamaño de la zona de petróleo y el procedimiento de producción utilizado. El empuje hidráulico es el mas eficiente en mantener la presión del yacimiento y normalmente da la mayor eficiencia de recuperación. Sin embargo, un yacimiento con empuje por capa de gas, producido de tal forma que se obtenga la mayor contribución de las fuerzas gravitacionales, puede dar una mayor recuperación que el empuje hidráulico.

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CONCLUSIONCon esto se dio a conocer los sistemas de mecanismo de empuje en un yacimiento, esto como lo menciona en el siguiente trabajo es un proceso natural que se ejerce por diferentes tipos de mecanismos, algunos es estos son por la expansión de la roca-fluido que se crea por un cambio de presión ejercida en el yacimiento. Otro que conocemos el mecanismo de empuje hidráulico, pues como lo dice el nombre es un movimiento de empuje ejercido por el agua, que hace que se muevan los de hidrocarburos y se produzcan como ya sabemos.

También sabemos que el que mayor aprovechamiento de producción es el de segregación gravitacional, es la tendencia del aceite, gas y agua a distribuirse en el yacimiento de acuerdo a sus densidades. Otros el empuje combinado que puede llegar a pasar que dos mecanismos existan en un solo yacimiento y por lógica se mantenga mas producción en el yacimiento.

Estas son las herramientas que todo estudiante de ingeniería de yacimientos debe adquirir y aplicar en su trabajo al planificar en un futuro dado sobre los mecanismo de empuje teniendo conocimiento de sus características importantes y simples ya que todo es importante para el futuro ingeniero petrolero.

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BIBLIOGRAFIAhttp://hbpetroleum.blogspot.mx/2009/10/mecanismos-de-produccion.html

http://yacimientos-de-gas.lacomunidadpetrolera.com/2009/03/mecanismos-de-empuje-segregacion.html

http://actualidad-petrolera.blogspot.mx/2009/10/mecanismos-de-produccion.html

http://ingenieria-de-petroleo.lacomunidadpetrolera.com/2009/03/mecanismos-de-empuje-natural-en.html

Magdalena Paris De Ferrer, Fundamentos de ingeniería de yacimientos, 2010, primera edición.

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