MECANISMOS DE EMPUJE

Los yacimientos petroleros cuentan con una acumulación de energía, la cual permite en algunas ocasiones que los fluidos puedan alcanzar la superficie.

La recuperación primaria de hidrocarburos se da por medio de un proceso de desplazamiento. Este movimiento es posible debido a un gradiente de presión, el cual hace que el hidrocarburo fluya hacia los disparos mientras que llega otro fluido a ocupar y mantener el espacio antes ocupado por hidrocarburo.

Por lo que se puede interpretar como que el hidrocarburo no fluye por sí solo hacia los disparos, si no que hay un fluido ejerciendo una presión, expulsandolo así por medio del desplazamiento, siendo el agua y el gas los principales agentes desplazantes.  Y existen seis mecanismos de empuje:

          1. Empuje por expansión Roca-Fluido
          2. Empuje por gas en solución
          3. Empuje por casquete de gas
          4. Empuje hidráulico
          5. Empuje por segregación gravitacional

EMPUJE POR EXPANSIÓN ROCA-FLUIDO

El mecanismo de empuje por expansión roca-fluido está presente en todos los yacimientos, pero es más importante en yacimientos bajo saturados, es decir en yacimientos donde la presión de fondo fluyente se encuentra por encima a la presión de yacimiento y dadas estas condiciones el fluido se encuentra en fase líquida. Cuando el yacimiento se encuentra bajo saturado y se encuentra produciendo se incrementa la diferencial de presión entre la presión de sobrecarga y presión de poro, por lo que cualquier disminución de presión causará una expansión de los fluidos en el yacimiento.

La expansión de los fluidos en el medio poroso se da como consecuencia a la reducción de la presión interna entre los poros que se da mientras se empieza a producir hidrocarburos. Esta expansión permite que el espacio poroso quede vacío por los fluidos producidos sean ocupados por los fluidos remanentes que van quedando dentro del yacimiento, siendo así que los poros de las rocas siempre permanecen ocupados por fluidos.

– Presión del yacimiento: Declina rápidamente mientras este sea el mecanismo de desplazamiento principal.
– RGA: Su comportamiento es similar a la relación de solubilidad.
– Recuperación esperada: En promedio del 5%.

Figura 1. Imagen ilustrativa de un yacimiento con mecanismo por desplazamiento por expansión de la roca y fluido. [Cortés, Pamela (2020)]

EMPUJE POR GAS EN SOLUCIÓN

El mecanismo de empuje por gas en solución se presenta en yacimientos saturados, ya que estos yacimientos su presión de fondo fluyente se encuentra igual o por debajo de la presión de burbuja, y a estas condiciones el hidrocarburo se encuentra liquido y con pequeñas burbujas dispersas de gas que van ejerciendo una presión al aceite hacia la zona de disparos del pozo. Conforme se va liberando gas, las burbujas se van uniendo y se generan cantidades más grandes de gas y se desplazan dentro del yacimiento.

La eficiencia de este mecanismo de empuje depende de la cantidad de gas en solución, sin embargo el factor de recuperación no es muy alto, ya que conforme la presión declina, el gas va fluyendo con mayor velocidad que el aceite, teniendo como consecuencia un abatimiento en la presión del yacimiento más apresurado.

– Presión del yacimiento: Mantiene un abatimiento de presión de manera continua.
– RGA: Los valores al comienzo es menor que la RGA a la presión de burbuja, posterior a este punto se incrementará hasta su valor máximo para posterior disminuye de nuevo.
– Recuperación esperada: El rango de recuperación es entre el 10% y 30%.

Figura 2. Imagen ilustrativa de un yacimiento con mecanismo por expansión por gas en solución se puede observar mejor en la primera imagen teniendo un yacimiento bajo saturado el fluido es totalmente aceite, y cuando la Pwf se iguala a Pb se obtienen las primeras burbujas de gas y en la última imagen conforme baja más la Pwf se acumulan más burbujas de gas generando una mayor expansión y teniendo así un desplazamiento de aceite. [Cortés, Pamela (2020)]

EMPUJE POR CASQUETE DE GAS

Este mecanismo de empuje ocurre en yacimientos saturados, ya que los fluidos se encuentren de manera uniformemente distribuidos y la presión de fondo fluyente se encuentra por debajo de la presión de burbuja. Y mientras se esté bajo estas condiciones se generará una capa de gas en la cresta del yacimiento, y conforme se vaya produciendo el gas se irá expandiendo y desplazando el aceite hacia la zona disparada.

Cuando un yacimiento cuenta con un casquete de gas este se va a localizar comprimido, y conforme se explote el gas se irá expandiendo y desplazando el aceite. A la par de este evento, la presión se irá abatiendo conforme se vaya obteniendo volumen de hidrocarburos en superficie.

– Presión del yacimiento: Irá disminuyendo lentamente y de manera constante.
– RGA: Dependerá de donde se localice el pozo, si se encuentra en la cresta del yacimiento el RGA irá aumentando, mientras que si el pozo se localiza en la base del yacimiento el RGA se mantendrá igual al obtenido cuando se tenía la presión inicial del yacimiento.
– Recuperación esperada: El rango de recuperación en promedio es del 30%.

Figura 3. Imagen ilustrativa de un yacimiento con mecanismo de empuje por casquete de gas en un yacimiento bajo saturado (Pwf<Pb). [Cortés, Pamela (2020)]

EMPUJE HIDRÁULICO

Cuando un yacimiento tiene una conexión hidráulica, el desplazamiento de hidrocarburos es provocada por la invasión progresiva del agua en la roca porosa, desde las fronteras exteriores del yacimiento hacia el pozo productor.

El agua que se encuentra almacenada se le denomina acuífero y esta se encuentra comprimida, sin embargo a medida que la presión del yacimiento va disminuyendo provocado por la producción (extracción) de hidrocarburo, el agua se va expandiendo y va invadiendo de manera natural conforme va desplazando el hidrocarburo. Cuando el acuífero es grande y mantiene una energía considerable, puede ser capaz de invadir todo el yacimiento y así permitir un buen porcentaje de recuperación.

Pueden existir diferentes configuraciones de la forma en la que se encuentre el acuífero en el yacimiento, tales como:

• Empujes de fondo, donde el acuífero se localiza debajo de la trampa, y existe una roca con permeabilidad vertical, la cual permite que el agua pueda moverse verticalmente, sin embargo pueden existir problemas como conificación.
• Empuje por laterales, El acuífero se encuentra por los costados, y empieza a ejercer presión acorralando el hidrocarburo haciéndolo desplazar hacia los disparos del pozo productor.

– Presión del yacimiento: Permanece alta y cuando empieza a existir una disminución esta tiende a ser gradual.
– RGA: Permanece bajo.
– Producción de agua: Inicia días posteriores a la producción del pozo y va incrementando en cantidades considerables con el paso del tiempo.
– Comportamiento del pozo: Fluye hasta que la producción de agua es excesiva.
– Recuperación esperada: Mayor o igual a 50%.

Figura 4. Imagen ilustrativa de un yacimiento con mecanismo de empuje por empuje hidráulico. [Cortés, Pamela (2020)]

EMPUJE POR SEGREGACIÓN GRAVITACIONAL

La gravedad es el mecanismo de empuje más eficiente, sin embargo el más lento y muy pocas veces se presenta en los yacimientos.  Es sencillo identificar cuando un pozo está produciendo a través de este mecanismo, ya que se obtienen flujos volumétricos constantes pero en tiempos muy prolongados.

Este mecanismo se presenta comúnmente en yacimientos de grandes espesores y con un buzamiento (inclinación) prominente, permitiendo así que por gravedad los fluidos más pesados dentro del yacimiento se alojen en la parte inferior, mientras que los componentes ligeros como el gas se coloque en la parte superior.

Ya que en la parte superior del yacimiento se genera una capa de gas, y lo que sucede dentro de este es que existe un fenómeno similar a un pistón ya que el gas ejercer una presión hacia el aceite, el cual lo va desplazando hacia los disparos.

– Recuperación esperada: El factor de recuperación es en promedio de 60%.

Figura 5. Imagen ilustrativa de un yacimiento con mecanismo de empuje por segregación gravitacional, el cual se identifica por tener un buzamiento (inclinación) considerable. [Cortés, Pamela (2020)]

Cada yacimiento presenta un comportamiento distinto e incluso puede darse el caso en que exista la combinación entre uno o más mecanismos de empuje. Siempre que se empiece a producir o mantener en producción un pozo se debe tener bajo vigilancia el comportamiento del mecanismo de producción primario, ya que en base a los análisis de la Recuperación Primaria se podrá considerar todas las intervenciones a futuro o incluso la implementación de alguna técnica de Recuperación Secundaria o Mejorada (terciaria).

Realizar un análisis exhaustivo desde el comienzo de la explotación de un pozo se verá reflejado durante el ciclo de vida de este, ya que así se podrá considerar como respondería el yacimiento en diferentes escenarios con ayuda de herramienta como un análisis nodal. En  Dynamic Software-Based Controls E&P se cuenta con la tecnología SCADA, Monitoreo y Control de Activos (Telemetría / Telecontrol).  Donde nuestra tecnología de monitoreo y “expertise” está disponible para monitoreo y control remoto y poder así utilizarlos en el módulo de Análisis Nodal.