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Introducción

Los hidrocarburos son producidos a través de pozos y suelen aprovechar el efecto de los mecanismos de empuje presentes en el yacimiento, a este aprovechamiento de energía natural se le conoce como recuperación primaria, la cual se refiere a la producción de petróleo desde el yacimiento sin el uso adicional de ningún proceso, es decir, se produce únicamente por acción de la energía inherente del yacimiento.

Inicialmente, la presión del yacimiento es considerablemente más elevada que la presión del fondo del pozo dentro de él. Esta elevada presión diferencial natural empuja los hidrocarburos hacia el pozo y hacia la superficie. No obstante, a medida que la presión del yacimiento disminuye debido a la producción, de misma forma lo hace la presión diferencial.

La etapa de recuperación primaria alcanza su límite cuando la presión del yacimiento es tan baja que los índices de producción no son económicos, o cuando las proporciones de gas o agua en la corriente de producción son demasiado elevadas. Durante la recuperación primaria, se produce solo un pequeño porcentaje de los hidrocarburos inicialmente en el lugar, típicamente alrededor del 10% para los yacimientos de petróleo.

Además de la recuperación primaria, existe lo que es la recuperación secundaria; la cual es la segunda etapa de producción en la que existen sistemas artificiales y tratamientos con la finalidad de mantener la presión del yacimiento y desplazar los hidrocarburos hacia el pozo.

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Mecanismos de Empuje

Los mecanismos de empuje del yacimiento aportan la energía suficiente capaz de trasladar el hidrocarburo localizado en un yacimiento hacia el pozo mientras es extraído.

Ciertos mecanismos de empuje que pueden llegar a existir en la naturaleza de cada yacimiento son:

Empuje por gas disuelto liberado.

Empuje por capa de gas.

Empuje hidráulico.

Segregación gravitacional.

Expansión de roca y los fluidos.

Combinación de empujes.

Usualmente un tipo de mecanismo de empuje puede existir en un yacimiento pero en cierta forma, existen diversas combinaciones de mecanismos de empuje en un yacimiento, que por supuesto, varían con las características propias de la roca.

Cabe mencionar que no existen dos yacimientos que se comporten de la misma manera, cada yacimiento tiene su propio comportamiento basándose en los diferentes tipos de mecanismo de empuje.

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Empuje por Gas Disuelto Liberado

El empuje por gas disuelto liberado a veces es llamado como empuje por gas interno, empuje por gas en solución, empuje volumétrico o empuje por expansión de fluidos. Este mecanismo de empuje es utilizado aproximadamente en un tercio de todos los yacimientos de petróleo en el planeta.

A medida que el petróleo es producido, el petróleo remanente, por ser compresible, se expande para llenar el espacio vacío que va quedando detrás, lo que causa una disminución de presión en el yacimiento. Cuando la presión disminuye hasta el punto de burbujeo, el gas disuelto empieza a separarse del petróleo y como este gas libre es más compresible que el petróleo, la presión declinara suavemente.

Este tipo de mecanismo se caracteriza por presentarse en yacimientos saturados donde la presión del yacimiento es menor o igual que la presión de burbuja (Py ≤ Pb). Además, su eficiencia dependerá en gran parte de la cantidad inicial de gas disuelto. Este tipo de mecanismo tiene un porcentaje bajo de recuperación que oscila entre el 5% al 35%. Otra de las características importantes de este mecanismo es que el efecto del agua intersticial y la roca resultan despreciables

En la imagen (1) podemos que el gas liberado no fluye inicialmente hacia los pozos, sino que se acumula en pequeñas burbujas aisladas, las cuales mediante la declinación de la presión llegan a formar posteriormente una fase continua, la cual fluirá posteriormente hacia los pozos productores.

Imagen (1)

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De las demás características de este tipo de mecanismo tenemos:

El efecto del agua intersticial y la roca resultan despreciables.

El gas fluye más fácil que el aceite, debido a que es más ligero, menos viscoso, además que se desplaza por la parte central de los poros.

Existe un rápido incremento de la RGA después del Punto de burbuja.

A continuación la imagen (2) muestra el comportamiento de este mecanismo:

Imagen (2). Comportamiento de datos de producción y presión de un yacimiento con empuje por gas Disuelto (After Clark, N. J., Elements of Petroleum Reservoirs, SPE, 1969).

Imagen (2)

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Empuje por Capa de Gas

Para este tipo de yacimientos se considera que la presión inicial del reservorio es exactamente igual a la presión del punto de burbuja. Esto ocurre debido a que en el transcurso del tiempo geológico, debe existir el equilibrio entre el petróleo y el gas. Con la capa de gas, el petróleo está manteniendo la máxima cantidad de gas en solución. A medida que la presión del yacimiento se reduce (por efecto de la producción), la capa de gas se expande causando un desplazamiento inmiscible del petróleo.

La eficiencia de recuperación promedio para un reservorio con capa de gas es del orden de 20 a 40 % del petróleo original en sitio.

Las características de yacimiento que originan que la expansión de una capa de gas recupere más petróleo son:

Baja viscosidad del petróleo. Alta gravedad API del petróleo.La formación debe poseer una alta permeabilidad.Alto relieve estructural.Gran diferencia de densidad entre el petróleo y el gas.

Además, la capa de gas puede presentar en el yacimiento de tres formas distintas:

Existir inicialmente en el yacimiento como casquete de gas.Puede crearse por la acumulación del gas liberado o por la segregación gravitacional (diferencia de densidades entre los fluidos).La capa de gas puede crearse Artificialmente por inyección de gas en la zona superior del yacimiento

En la imagen (3) podemos observar un ejemplo del trabajo de este mecanismo de empuje “casquete gas”, el cual empuja el aceite para así poder ser producido.

La predicción de la recuperación puede ser obtenida por técnicas de simulación numérica o por cálculos de balance de materiales.

Imagen (3)

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Empuje Hidráulico

Este mecanismo es aquel en el que el petróleo es empujado a través del yacimiento por un acuífero activo. A medida que el yacimiento se agota, el agua que ingresa desde el acuífero que se encuentra debajo desplaza al petróleo hasta que la energía del acuífero se agota o el pozo finalmente produce demasiada agua para ser viable.

Si la magnitud del empuje hidráulico es lo suficientemente fuerte para mantener la presión del yacimiento o permitir solo un ligero abatimiento, entonces el aceite será casi totalmente recuperado por desplazamiento con agua.

Para poder satisfacer este tipo de mecanismo se requieren distintos requerimientos:

Una fuente que pueda suministrar agua de forma accesible al yacimiento, por ejemplo un acuífero.

Una presión diferencial entre la zona de aceite y la zona de agua que induzca y mantenga la invasión

Este mecanismo tiene ciertas características como:

YACIMIENTOS POR EMPUJE HIDRAULICO

CARACTERÍSTICAS TENDENCIA

Presión del Yacimiento Permanece alta

GOR de superficie Permanece bajo.

Producción de agua Inicia muy temprano e incrementa a cantidades apreciables.

Comportamiento del pozo Fluye hasta que la producción de agua es excesiva.

Recuperación esperada 10 al 70 % del OOIP

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La imagen (4) nos muestra un ejemplo del desplazamiento por empuje de agua. En los yacimientos con empuje de agua, el petróleo es desplazado desde la formación prospectiva por la acción del agua que invade la porción inferior del yacimiento desde los acuíferos adyacentes.

Imagen (4)

La imagen (5) muestra el comportamiento de datos de producción y presión de un yacimiento con empuje hidráulico (After Clark, N. J., Elements of Petroleum Reservoirs, SPE, 1969)

Imagen (5)

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Segregación Gravitacional

La segregación gravitacional es la tendencia de los fluidos a estratificarse en capas diferentes debido a las fuerzas gravitacionales. En la segregación gravitacional, el fluido más pesado se asienta cerca del fondo y el fluido mas liviano se eleva a la superficie. La segregación gravitacional se produce dentro los yacimientos al igual que en las instalaciones separadoras

En un yacimiento de empuje por segregación, el gas libre a medida que sale del petróleo, se mueve hacia el tope del reservorio mientras que el petróleo hacia abajo debido a la permeabilidad vertical. Para que esto ocurra debe existir suficiente permeabilidad vertical para permitir que las fuerzas gravitacionales sean mayores que las fuerzas viscosas dentro del yacimiento. Aunque algunos de estos reservorios no tienen una capa de gas inicial, la recuperación será mayor si esta existe. Si no se considera el aspecto económico, este es el mecanismo de empuje primario más eficiente. Las eficiencias de recuperación están en el rango de 40 a 80 %.

Los yacimientos presentan condiciones propicias a la segregación de sus fluidos, cuando:

Poseen espesores considerables o alto relieve estructural. Alta permeabilidad. Los gradientes de presión aplicados, no gobiernan totalmente el movimiento de los fluidos.

Además, podemos recalcar que este tipo de mecanismo está presente en todos los yacimientos debido a la diferencia de densidades entre los fluidos contenidos en el yacimiento.

Imagen (6)

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Expansión de la Roca y los Fluidos

Este tipo de desplazamiento ocurre en yacimientos bajo saturados (Py > Pb) hasta alcanzar la presión de saturación (Pb). La producción del aceite se debe a la expansión del sistema roca – fluido.

El aceite, agua congénita y la roca se expanden, desalojando hacia los pozos productores los fluidos contenidos en los poros del yacimiento. Este empuje por roca es común en yacimientos someros o con sedimentos no consolidados. También se espera que ocurra donde la porosidad se ha mantenido abierta por altas presiones de fluidos.

Posee ciertas características como:

Baja compresibilidad en el sistema.

La presión declina muy pronunciada con respecto a la extracción.

La liberación del gas disuelto en el aceite ocurre en la T.P. al nivel en que se obtiene la Pb.

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Combinación de Empujes

En la mayoría de los yacimientos se presentan más de un tipo de empuje durante su vida productiva, bien sea en forma alternada o simultánea. 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 con gran espesor y/o buzamiento pronunciado, el efecto de gravead puede hacer que el gas que sale de la solución con petróleo fluya hacia la parte más alta de la estructura, en contracorriente con el petróleo, originando así una capa de gas secundaria o engrandeciendo la original.

Básicamente, La mayoría de los yacimientos quedan sometidos durante su explotación a más de uno de los mecanismos de desplazamiento.

La imagen (7) representa curvas típicas de presión versus recuperación para los distintos tipos de empuje.

Imagen (6)

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Conclusión

Como bien sabemos los mecanismos de empuje son vitales para la vida de producción de un yacimiento, gracias a ellos podemos obtener el hidrocarburo con la energía natural del yacimiento sin tener ciertos gastos por sistemas artificiales y tratamientos, los mecanismos de empuje nos ayudan a tener recuperación de 5% hasta un 80%. La siguiente tabla nos ayudara obtener un breve resumen lo antes visto.

Referencias

Fundamentos de ingeniería de yacimientos, Magdalena Paris de Ferrer, pp. 46.Presentación de clases “Mecanismos de Empuje”, Ing. Eduardo Pérez ToscaOilfield Glossary en Español, Schlumbergerwww.oilproduction.netwww.lacomunidadpetrolera.com