ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD DE LOS PARÁMETROS QUE AFECTAN EL PROCESO DE INYECCIÓN

ALTERNADA DE VAPOR EN POZOS HORIZONTALES CONSIDERANDO UN CICLO DE INYECCIÓN

REALIZADO POR: DANIEL RAMOS

TUTOR INDUSTRIAL: Ing. VÍCTOR LARA

TUTOR ACADÉMICO: Dr. MARTIN ESSENFELD

TRABAJO ESPECIAL DE GRADOTRABAJO ESPECIAL DE GRADO

MAYO 2003

CONTENIDOCONTENIDOOBJETIVOS

CONCEPTOS BÁSICOS

JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN

METODOLOGÍA

ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS

CONCLUSIONES

RECOMENDACIONES

REALIZAR UN ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD DE LOS

PARÁMETROS DE YACIMIENTO, INYECCIÓN Y POZO,

QUE AFECTAN EL COMPORTAMIENTO DEL PROCESO

DE INYECCIÓN ALTERNADA DE VAPOR (IAV) EN

POZOS HORIZONTALES EN UN CICLO DE INYECCIÓN,

A FIN DE DESARROLLAR UNA CORRELACIÓN

ESTADÍSTICA QUE PERMITA PREDECIR, EN FORMA

PRELIMINAR, DICHO COMPORTAMIENTO EN FUTURAS

APLICACIONES DE CAMPO

OBJETIVO GENERALOBJETIVO GENERAL

OBJETIVOS ESPECÍFICOSOBJETIVOS ESPECÍFICOSDETERMINAR CASOS BASE A PARTIR DE SIMULACIONES

MONTECARLO, UTILIZANDO PARÁMETROS DE YACIMIENTO

CARACTERÍSTICOS DE VENEZUELA

REALIZAR SIMULACIONES NUMÉRICAS DE LOS CASOS BASE,

REALIZANDO SENSIBILIDADES CON PARÁMETROS DE POZO E

INYECCIÒN, PARA UN CICLO DE IAV

DESARROLLAR UNA CORRELACIÓN ESTADÍSTICA QUE PERMITA

PREDECIR EL COMPORTAMIENTO DEL PROCESO DE INYECCIÓN

ALTERNADA DE VAPOR EN POZOS HORIZONTALES

VALIDAR Y EVALUAR NUMÉRICAMENTE LA CORRELACIÓN

ESTADÍSTICA OBTENIDA, COMPARÁNDOLA CON LOS RESULTADOS

DEL MODELAJE

Es un proceso cíclico en el cual el mismo pozo es usado para inyección de vapor y producción de petróleo con la finalidad de aumentar la tasa de producción mediante el calentamiento del yacimiento reduciendo la viscosidad del petróleo.

Involucra tres etapas: Inyección, Remojo y Producción.

CONCEPTOS BÁSICOSCONCEPTOS BÁSICOS

INYECCIÓN ALTERNADA DE VAPOR (IAV)

ETAPA DE INYECCIÓN

CONCEPTOS BÁSICOSCONCEPTOS BÁSICOS

ZONA DE VAPOR

VAPOR

VAPOR

INYECTOR ROCA

PERDIDAS DE CALOR

VAPOR CONDENSADO

PETRÓLEO CALIENTE

PETRÓLEO FRÍOAGUA CALIENTE

Se inyecta vapor durante 2 a 6 semanas a través de un pozo (inyector-productor). La tasa de inyección debe ser aquella que permita minimizar las perdidas de calor a través de las paredes del pozo y lograr el máximo radio calentado y la máxima temperatura en la zona calentada.

ETAPA DE REMOJO

CONCEPTOS BÁSICOSCONCEPTOS BÁSICOS

Se cierra el pozo durante 1 a 14 días para que el vapor ceda su calor a la formación y a sus fluidos. El tiempo de remojo se estima de acuerdo a la experiencia en campo, por lo que se recomienda lo siguiente:

• Si el yacimiento tiene activos los mecanismos de producción primaria y suficiente presión se recomienda dejar un tiempo de remojo suficiente, para que el vapor ceda calor al yacimiento.

• Si el yacimiento tiene poca presión, se recomienda dejar poco tiempo de remojo con el fin de utilizar el aumento de presión del yacimiento en las cercanías del pozo para empujar el petróleo hacia el fondo de los pozos.

ETAPA DE PRODUCCIÓN

CONCEPTOS BÁSICOSCONCEPTOS BÁSICOS

Una vez culminado el tiempo de remojo se abre el pozo a producción. Inicialmente se produce agua caliente y vapor, y luego de una a dos semanas se produce petróleo caliente, en mayor cantidad que la producción de petróleo frío, que estaba produciendo el pozo antes de la estimulación con vapor. Esta etapa termina cuando la tasa alcanza valores similares a la tasa que producía el pozo en frío culminando así el ciclo de Inyección Alternada de Vapor.

ZONA DE VAPOR

AGUA Y PETRÓLEO

PETRÓLEO CALIENTE

ZONA PRODUCTORA

PRODUCTOR

PETRÓLEO FRÍO

PERDIDAS DE CALOR

VAPORIZACIÓN

CONCEPTOS BÁSICOSCONCEPTOS BÁSICOS

Consiste en la construcción y operación de un modelo cuyo comportamiento sea lo más similar posible al real del yacimiento.

SIMULACIÓN NUMÉRICA DE YACIMIENTOS

STARS (Steam, Thermal, and Advanced Processes Reservoir Simulator )

STARS es un simulador trifásico, multicomponente, composicional y térmico, con gran versatilidad en el uso de mallas cilíndricas, cartesianas, de espesor y/o profundidad variable.

JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓNJUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN

Los modelos analíticos existentes para la Inyección Alternada de Vapor son para Pozos Verticales, y de acuerdo a un estudio previo, no aplican a yacimientos venezolanos.

No existe un estudio previo que establezca un modelo analítico para la Inyección Alternada de Vapor en Pozos Horizontales aplicable a los yacimientos de crudo pesado y extrapesado de Venezuela

METODOLOGÍAMETODOLOGÍA

EVALUAR Y VALIDAR LA

CORRELACIÓN

EVALUAR Y VALIDAR LA

CORRELACIÓN

DETERMINAR DE RANGOS Y DISTRIBUCIONES PARA LAS

PROPIEDADES DE YACIMIENTO

DETERMINAR DE RANGOS Y DISTRIBUCIONES PARA LAS

PROPIEDADES DE YACIMIENTO

ESPESORPOROSIDAD

KHKV/KH

PRESIÓN DEL YAC.Soi

ESPESORPOROSIDAD

KHKV/KH

PRESIÓN DEL YAC.Soi

GENERAR DE VALORES ALEATORIOS PARA LAS

PROPIEDADES DE YACIMIENTO

GENERAR DE VALORES ALEATORIOS PARA LAS

PROPIEDADES DE YACIMIENTO

CONSTRUCCIÓN DE 4 CASOS BASE

CONSTRUCCIÓN DE 4 CASOS BASE

MATRIZ DE SENSIBILIDADES EN

FRÍO

MATRIZ DE SENSIBILIDADES EN

FRÍO

MATRIZ DE SENSIBILIDADES EN

IAV

MATRIZ DE SENSIBILIDADES EN

IAV

SIMULACIÓN NUMÉRICA

SIMULACIÓN NUMÉRICA

ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO

DE PRODUCCIÓN

ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO

DE PRODUCCIÓN

GENERAR UNA CORRELACIÓN

GENERAR UNA CORRELACIÓN

PRODUCCIÓN ACUMULADA DE PETRÓLEO EN UN CICLO DE IAV

PRODUCCIÓN ACUMULADA DE PETRÓLEO EN UN CICLO DE IAV

TIEMPO DE DURACIÓN DE UN CICLO DE IAV

TIEMPO DE DURACIÓN DE UN CICLO DE IAV

mínimo máximo

Log Normal 1.95 145.00

Normal 14.96% 42.35%

Log Normal 1500 16245

Log Normal 416 3828

Uniforme 0.2 0.8

Triangular 49.3% 92.8%

Porosidad

Permeabilidad (mD)

Presion inicial (lpc)

Saturación de Petróleo InicialKv/Kh (adimensional)

Propiedades de YacimientoTipo de

distribución

Rango de valores

Espesor (pies)

Caso BaseEspesor

(pies)Porosidad

(%)Kh (mD)

Presion Inicial (lpc)

Kv/Kh So (%)

1 28.12 21.1 9738 746 0.4 86.8

2 132.23 35.1 1889 1230 0.3 60.8

3 39.05 29.8 4095 1156 0.3 72.7

4 71.07 17.6 3104 1301 0.2 64.7

2592 SIMULACIONES28 SIMULACIONES

METODOLOGÍAMETODOLOGÍA

CONSTRUCCIÓN DEL MODELO NUMÉRICO

PVT de un Crudo Extrapesado del Dtto. San Tomé:

Gravedad promedio de 9.3 °API

Comportamiento de Viscosidad vs Temperatura

Permeabilidades Relativas

Propiedades de Yacimiento Homogéneas

i

k

j

MALLA CARTESIANA - SIMETRÍA

Dirección “i”:

30 divisiones de 100 pies

Dirección “j”

31 divisiones con refinamiento hacia el pozo

Dirección “k”

Divisiones de aprox. 5 pies cada una.Caso Base

Espesor de la arena

(pies)

Secciones en la dirección “k”

Espesor por sección (pies)

1 28.12 5 5.625

2 132.23 25 5.289

3 39.05 7 5.579

4 71.07 14 5.076

ANÁLISIS DE RESULTADOSANÁLISIS DE RESULTADOS

COMPORTAMIENTO DE PRODUCCIÓN EN FRÍO

CASOS BASE 1, 2, 3 Y 4

NP Y Q VS. TIEMPO

CASOS BASE 1, 2, 3 Y 4

TEMPERATURA VS. TIEMPO

ANÁLISIS DE RESULTADOS

CASO 2

CASO 3 y 4

CASO 1

ANÁLISIS DE RESULTADOSANÁLISIS DE RESULTADOS

CASO BASE 1

NP Y Q VS. TIEMPO. SENSIBILIDADES CON LONGITUD DE POZO

CASO BASE 4

NP Y Q VS. TIEMPO. SENSIBILIDADES CON UBICACIÓN DEL POZO 2000 pies

1000 pies

1500 pies

Inferior

Superior

Media

ANÁLISIS DE RESULTADOSANÁLISIS DE RESULTADOS

COMPORTAMIENTO DE PRODUCCIÓN CON IAV

Qiny Tiny

Tremojo Calidad de vapor

NP Y Q VS. TIEMPO SENSIBILIDADES

CASO BASE 1

Tasa de Inyección

ANÁLISIS DE RESULTADOSANÁLISIS DE RESULTADOS

COMPARACIÓN DE LA PRODUCCIÓN EN FRÍO Y CON IAVNP Y Q VS. TIEMPO. CASO BASE 4

UN CICLO DE IAV

ANÁLISIS DE RESULTADOSANÁLISIS DE RESULTADOS

DETERMINACIÓN DE LOS PARAMETROS PARA DESARROLLAR LA CORRELACIÓN ESTADÍSTICA

Rango

Mínimo Máximo

Espesor (pies) 28.12 132.23

Presión de Inyecciòn (lpc) 846 1401

Longitud de Pozo (pies) 1000 2000

Tasa de Inyección (TON/día) 250 1000

Calidad del Vapor (%) 60 80

Tiempo de Remojo (días) 7 14

Tiempo de Inyección (días) 15 45

1

2

3

4

5

6

15

2

34

677

ANÁLISIS DE RESULTADOSANÁLISIS DE RESULTADOS

CORRELACIÓN ESTADÍSTICA

ENp: Estimado de la Producción Acumulada de Petróleo en el primer ciclo de IAV (MBls)

Ax: Coeficientes obtenidos a través del “software” STATISTICA

Espesor: Espesor de la Arena Neta Petrolífera (pies)

Tiny: Tiempo de Inyección de Vapor (días)

Qiny: Tasa de Inyección de Vapor (TON/Día)

Lpozo: Longitud del pozo (pies)

Trem: Tiempo de remojo (días)

X: Calidad del vapor (%)

xXAxTremAxLpozoA

eNpE xPinyAxQinyAxTinyAxEspesorAA

765

43210

Coeficientes de la Correlación

A0 2.06474784E+00

A1 9.18568416E-03

A2 1.48913709E-02

A3 6.34606290E-04

A4 5.50524026E-04

A5 4.45098760E-04

A6 1.07536946E-01

A7 1.51318576E-02

Precisión de la Correlación

y = 0.9287x + 3.882

R2 = 0.9

0

40

80

120

160

200

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

Np (MBls) MODELAJE

EN

p (

MB

ls)

CO

RR

EL

AC

IÓN

ANÁLISIS DE RESULTADOSANÁLISIS DE RESULTADOS

CORRELACIÓN PARA DETERMINAR EL TIEMPO DE UN CICLO DE INYECCIÓN DE VAPOR

ET1C= Estimado del Tiempo del primer ciclo de IAV (días)

ENp: Estimado de la Producción Acumulada de Petróleo en el primer ciclo de IAV (MBls)

601.521817.41 NpxETE C

ANÁLISIS DE RESULTADOSANÁLISIS DE RESULTADOS

EVALUACIÓN Y VALIDACIÓN DE LAS CORRELACIONES OBTENIDAS

Resultados de las simulaciones realizadas para validar la Correlación que determina el ENp

Resultados de las simulaciones realizadas para validar la Correlación que determina el ET1C

ESCENARIOSNp 1er Ciclo de

IAV (Mbls)ENp 1er Ciclo de IAV (Mbls)

Error Estándar (%)

1 40.54 45.09 11.22

2 57.52 53.70 6.63

3 29.45 27.96 5.06

4 48.70 53.11 9.05

5 124.32 136.02 9.41

6 61.94 60.52 2.29

ESCENARIOSTiempo 1er Ciclo

de IAV (días)

ETiempo 1er Ciclo de IAV

(días)

Error Estándar (%)

1 214 243 13.46

2 303 279 7.93

3 180 171 5.06

4 238 276 16.17

5 580 625 7.68

6 298 308 3.22

CONCLUSIONESCONCLUSIONES

La correlación estadística obtenida permite predecir, en forma preliminar, el comportamiento de producción bajo IAV de los campos venezolanos para un crudo de gravedad promedio cercana a 9.3 °API, con un margen de error menor al 12%, siempre y cuando esté condicionada por rangos específicos en los parámetros de yacimiento, pozo e inyección.

Se lograron identificar los parámetros de yacimiento, pozo e inyección, que afectan el comportamiento del proceso de Inyección Alternada de Vapor en pozos horizontales, siendo el de mayor peso el espesor de la arena neta petrolífera con un 67,2% sobre el Np del primer ciclo del proceso, seguido por el tiempo y la tasa de inyección de vapor con 15%, presión de inyección, longitud del pozo, tiempo de remojo, y calidad del vapor alrededor del 1%.

En base al trabajo realizado se ofrecen las siguientes conclusiones:

CONCLUSIONESCONCLUSIONES

La pequeña diferencia que existe en la producción acumulada de petróleo, en los análisis de sensibilidades, con parámetros de inyección presentados en este estudio, pueden deberse a condicionamientos aplicados al modelo numérico. Estos son: presión mínima de la formación, longitud de pozo menor a 2000 pies, tasas de inyección entre 250 y 1000 TON/día.

La correlación estadística hallada puede ser sumamente útil para predecir el comportamiento de producción bajo IAV de nuevos pozos en yacimientos de crudo pesado con propiedades PVT similares a las estudiadas en esta investigación. Sin embargo, el uso de esta correlación para situaciones diferentes a la cual fue desarrollada, pueden dar origen a errores importantes.

RECOMENDACIONESRECOMENDACIONESPara el trabajo realizado, se ofrecen las siguientes recomendaciones:

Se deberá garantizar la competitividad tecnológica de la Industria Petrolera Venezolana mediante el Desarrollo, Innovación o Adopción de Métodos de Recuperación, orientados hacia la complejidad característica de yacimientos venezolanos, con el objetivo de incrementar las tasas de producción en un corto, mediano y largo plazo de yacimientos de crudo pesado y extrapesado, de manera rentable y en armonía con el medio ambiente.

Se recomienda usar un simulador térmico composicional para predecir el comportamiento de las operaciones de inyección alternada de vapor de crudos con propiedades PVT distintas a un crudo promedio de 9,3 °API, mientras no exista un análisis de sensibilidades similar al presentado en este Trabajo Especial de Grado con fluidos de distintas gravedades, viscosidades y composiciones.

RECOMENDACIONESRECOMENDACIONES

Es aconsejable ampliar este estudio realizando un mayor número de sensibilidades, partiendo igualmente de un mayor número de Casos Base, con el objetivo de que la correlación estadística que se obtiene abarque un mayor rango de las propiedades de yacimientos característicos de Venezuela.

Se recomienda realizar estudios comparativos de diferentes métodos de recuperación mejorada, para conocer los procesos más eficientes en cada uno de los distintos campos con yacimientos de crudo pesado y extrapesado de Venezuela.

ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD DE LOS PARÁMETROS QUE AFECTAN EL PROCESO DE INYECCIÓN

ALTERNADA DE VAPOR EN POZOS HORIZONTALES CONSIDERANDO UN CICLO DE INYECCIÓN

REALIZADO POR: DANIEL RAMOS

TUTOR INDUSTRIAL: Ing. VÍCTOR LARA

TUTOR ACADÉMICO: Dr. MARTIN ESSENFELD

TRABAJO ESPECIAL DE GRADOTRABAJO ESPECIAL DE GRADO

MAYO 2003