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EFICIENCIA DE RECOBRO EN PROCESOS DE INYECCIÓN DE AGUA AGUA

JORGE PALMA BUSTAMANTE Métodos de recobro

INYECCIÓN DE AGUA

Métodos de recobro

FACTORES QUE CONTROLAN LA INYECCIÓN DE AGUA La recuperación de petróleo debido a la inyección de agua se puede determinar si se conocen los siguientes factores:

• Petróleo  Petróleo en sitio al inicio del proceso proceso de inyección inyección de

agua.

Este término es función del volumen poroso a ser inundado y de la saturación saturación de aceite. El volumen poroso a ser inundado es altamente dependiente de la selección y el uso de los discriminadores discriminadores de espesor espesor neto, neto, tales tales como los cutoff cutoff de permeabilidad permeabilidad y porosidad. Una inundación acertada requiere de suficiente aceite presente para que se pueda formar un banco de petróleo que puede ser desplazado a través de la formación hasta los pozos productores. Se puede realizar una predicción exacta del funcionamiento o la interpretación del comportamiento de la inyección si se tiene la estimación del petróleo en sitio al comienzo de la inyección. Métodos de recobro

FACTOR DE RECOBRO

La eficiencia de recobro se puede definir como la fracción de aceite inicial recuperado del yacimiento. Esta variable se puede analizar en términos de:

• La eficiencia de

desplazamiento

• La eficiencia de barrido areal • La eficiencia de

barrido vertical.

Métodos de recobro

FACTOR DE RECOBRO La ecuación de factor de recobro es la siguiente:

 E  R   E  D  E V  Donde: FR = Factor de recobro, fracción. ED = Eficiencia de desplazamiento, fracción. EV = Eficiencia volumétrica, fracción. La eficiencia volumétrica esta definida por la ecuación:

Factores de Recobro Típicos Recobro Primario Recobro Secundario Recobro Terciario

10% - 15% 10% - 20% 10% - 15%

Recobro Total

30%

- 50%

Fuente: Exploring the frontiers of technology, Halliburton 2003

 E V    E  A  E  I  Donde: EA = Eficiencia de barrido areal, fracción. EI = Eficiencia de barrido vertical, fracción. Métodos de recobro

EFICIENCIA DE BARRIDO AREAL Eficiencia de barrido areal (EA). Es el área barrida por el agua inyectada dividida por el área del patrón. Esta eficiencia es difícil de determinar sólo con los datos de campo.

Se requiere una combinación de estudios de campo, de laboratorio y matemáticos, para hacer una mejor estimación.

Métodos de recobro

EFICIENCIA DE BARRIDO AREAL

En general la EA depende de:

1.

Relación de movilidad

2.

Configuración geométrica del patrón de inyección

3.

Distribución de presión del yacimiento

4. Heterogeneidad del yacimiento 5. Volumen acumulado de agua inyectada dentro del área del patrón

Métodos de recobro

EFICIENCIA DE BARRIDO AREAL •

La movilidad es la facilidad con la cual un fluido se mueve dentro del yacimiento

 M 



movilidad   fase

desplazant e

movilidad   fase

desplazada

  K              desplazant e  M     K              desplazada

Ea

M

Métodos de recobro

EFECTO DE LA TEMPERATURA SOBRE LA VISCOSIDAD Efecto de la temperatura sobre la viscosidad del agua salobre

Agua desplazando aceite

•

2

250,000 ppm 200,000 ppm 150,000 ppm

  K w        w    M     K o        o   •

Relación de movilidad agua-aceite después de ruptura:

1. 5

100, 000 ppm 50,000 ppm 0 ppm

1

   p    c  ,     d    a     d    i    s 0.    o    c 5    s    i    V

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 10 0 0

110 120 13 14 15 16 17 0 0 0 0 0

Temperatura, °F

Métodos de recobro

PATRONES DE INYECCIÓN SELECCIÓN TIPO DE PATRÓN • Forma original de

desarrollo del yacimiento

• Viscosidad del fluido a desplazar • Permeabilidad del

yacimiento

• Relación de movilidades • Estructura del

yacimiento

• Características geológicas

del yacimiento. Métodos de recobro

PATRONES DE INYECCIÓN

A. Empuje en línea directa La eficiencia de barrido de un patrón en línea directa mejora así como la relación a/d incremente.

a d

Donde a  es la distancia entre pozos adyacentes en la misma fila. d Es la distancia entre pozos de diferente tipo Frontera de patrón Pozo inyector Pozo Productor

Métodos de recobro

PATRONES DE INYECCIÓN

B. Empuje en línea escalonada Es una modificación del empuje en línea directa donde las filas de pozos inyectores y productores son desplazados a la mitad de la distancia entre pozos.

a d

Frontera de patrón Pozo inyector Pozo Productor

Métodos de recobro

PATRONES DE INYECCIÓN C.

Patrón cinco puntos

•

Es un caso especial del empuje en línea escalonada donde la relación d/a es 0.5.

•

Este tipo de patrón es altamente flexible puesto que se pueden generar otros patrones de inyección simplemente con un reacomodamiento de la posición de los pozos productores. Ejemplo: nueve puntos y nueve puntos invertido. Métodos de recobro

PATRONES DE INYECCIÓN D. Patrón nueve puntos •

Este tipo de patrón es muy usado si se requiere una alta capacidad de inyección debido a la baja permeabilidad o problemas similares.

•

El nueve puntos invertido es mas usado que el nueve puntos normal.

•

El patrón de nueve puntos invertido es usado donde la inyectividad de fluido es alta. Métodos de recobro

PATRONES DE INYECCIÓN E. Patrón siete puntos •

Este tipo de patrón tiene aplicación donde la inyectividad es baja.

•

Muy raras veces, un campo es desarrollado por este tipo de patrón.

•

Puede ser considerado un patrón de línea escalonada con una relación d/a de 0.866 Métodos de recobro

EVOLUCIÓN DE LA EFICIENCIA AREAL

Área

EA = Área

+ Área

Métodos de recobro

EFICIENCIA DE BARRIDO AREAL Eficiencia areal de barrido a la ruptura para un patrón aislado de cinco puntos 240

Patrón Normal    %  ,   a   r   u    t   p   u   r   a    l   a   o    d    i   r   r   a    b   e    d    l   a   e   r   a   a    i   c   n   e    i   c    i    f    E

200

Patrón Invertido

160

120 80

Invertido Normal

40

92% a M= ∞ 0 0.1

1

10

100

Relación de movilidad Fuente. COBB W, Curso Waterflooding

Métodos de recobro

EFICIENCIA DE BARRIDO AREAL Eficiencia areal de barrido a la ruptura para un patrón de cinco puntos desarrollado

100

   %  ,   a   r   u    t   p   u   r   a    l   a   o    d    i   r   r   a    b   e    d    l   a   e   r   a   a    i   c   n   e    i   c    i    f    E

90

80

70

60

50

40 0.1

1

Relación de movilidad

10

Fuente. COBB W, Curso Waterflooding

Métodos de recobro

EFICIENCIA DE BARRIDO AREAL Eficiencia areal de barrido a la ruptura para un patrón normal de siete puntos 100

 Área Patrón    %  ,   a   r   u    t   p   u   r   a    l   a   o    d    i   r   r   a    b   e    d    l   a   e   r   a   a    i   c   n   e    i   c    i    f    E

90

80

70

92% a M= ∞ 60 0.1

1

10

Relación de movilidad

100

Fuente. COBB W, Curso Waterflooding

Métodos de recobro

EFICIENCIA DE BARRIDO AREAL Eficiencia areal de barrido a la ruptura para un patrón en empuje de línea directa, d/a=1 100

 Área de Patrón    %  ,   a   r   u    t   p   u   r   a    l   a   o    d    i   r   r   a    b   e    d    l   a   e   r   a   a    i   c   n   e    i   c    i    f    E

a a

90

d 80

70

60

Invertido Normal

50

40 0.1

1

Relación de movilidad

10

100

Fuente. COBB W, Curso Waterflooding

Métodos de recobro

EFICIENCIA DE BARRIDO AREAL Eficiencia areal de barrido a la ruptura para un patrón en empuje de línea escalonada, d/a=1 100

 Área de Patrón 90    %  ,   a   r   u    t   p   u   r   a    l   a   o    d    i   r   r   a    b   e    d    l   a   e   r   a   a    i   c   n   e    i   c    i    f    E

a d

80

70

60

50

40 0.1

1

Relación de movilidad 10

100

Fuente. COBB W, Curso Waterflooding

Métodos de recobro

INYECCIÓN PERIFÉRICA •  Este

tipo de inyección generalmente requiere menos pozos inyectores por productor que la mayoría de patrones de inyección.

• Generalmente

producida que geométrico

resulta en un patrón

menos agua de inyección

•  La

mayor ventaja de estos patrones es su uso en yacimientos con alto buzamiento y variaciones de permeabilidad.

• La

mayor desventaja es cuando un yacimiento tiene alta saturación de gas. Métodos de recobro

CRITERIOS DE SELECCIÓN •Proporcionar

la suficiente capacidad de inyección de agua para alcanzar la tasa de aceite producida

deseada.

•Maximizar la recuperación de

aceite con el mínima producción de agua

•Tomar

ventaja de la poca uniformidad del yacimiento, como fracturas, tendencias de permeabilidad, buzamiento, etc.

• Ser congruente con los patrones existentes y requerir un mínimo de nuevos pozos

•Ser congruente con las operaciones de

•Conceda un tiempo llenado del

inyección de agua de otros operadores de locaciones adyacentes

gas dentro de un plazo razonable.

Métodos de recobro

POZOS INFILL 1. Utilidad de este tipo de pozos 2. Ventajas y desventajas 3. Cómo contribuyen al aumento del facto de recobro? 4. En qué procesos es posible aplicarlos? 5. Curvas de comportamiento para los pozos infill (presión, producción, etc) 6. Relación con yacimientos heterogéneos

Métodos de recobro

EFECTO DE LA SATURACIÓN DE GAS Etapa 1

Zona no afectada Zona de Aceite

1

Zona de Agua

1.

Zona de Agua

2.

Zona de Aceite

r

re

Zona de Aceite

 S wb t   S wc   2    r    S  g   

r e

Interferencia en los bancos de aceite

Zona de Agua

rei

rei

Arena no afectada en el patrón

Métodos de recobro

EFECTO DE LA SATURACIÓN DE GAS Frente de inyección después de interferencia pero antes del llenado del gas

W if    V  p S  g 

Zona de Aceite

Zona de Aceite

Zona de Agua

Zona de Agua

Etapa 2

 E  Af   

S  g  S wbt   S wc

Efectos de Re saturación Saturación de aceite (zona barrida):

Frente de inyección al llenado del gas Zona de Aceite

Zona de Aceite

Zona de Agua

Zona de Agua

1-Sw

Saturación de aceite (zona no barrida):

1-Swc

Métodos de recobro

EFECTO DE LA PRESIÓN Inyector

•

•

•

•

El agua inyectada y el aceite desplazado viajan a través de las líneas de flujo(streamlines) y éstas son perpendiculares a las líneas de isopotencial o isobáricas.

Líneas de flujo

Pwi= 1000 psi

F E

Las líneas de flujo pueden ser paralelas o tangentes a otras líneas de flujo pero nunca se intersectan.

D C B A

Cada streamline es un pasillo de flujo independiente

B C D

Son de diferente longitud

E F

•

Se deduce que el gradiente máximo de presión y la velocidad más alta de fluido, VA, ocurrirán a lo largo de la línea de flujo mas corta, A. además, es claro que: VA> VB>VC>VD>VE>VF

q  K  P  V     A   L

Productor Pwf= 0 psi

Métodos de recobro

OTROS FACTORES •

Fracturas

•

Permeabilidad direccional

•

Variaciones en la permeabilidad areal

•

Buzamiento de la formación

•

Pozos fuera del patrón

•

Irregularidad en el espaciamiento de pozos

•

Barrido mas allá de los pozos esquina

•

Patrones aislados

Diagrama de barrido en un patrón aislado de cinco puntos invertido

Métodos de recobro

EFICIENCIA DE BARRIDO VERTICAL

Eficiencia de barrido vertical (EI). Hay muchos factores que afectan la eficiencia de barrido vertical, tales como la variación vertical de permeabilidades horizontales, la diferencia de gravedad, la saturación inicial de gas, la presión capilar, la relación de movilidad, el flujo cruzado y las tasas de inyección.

ozo Inyector

Pozo Inyector Pozo Productor

Métodos de recobro

EFICIENCIA DE BARRIDO VERTICAL

Pozo Productor Pozo Inyector

Zona Barrida

Zona No Barrida

INYECCIÓN DE AGUA

Métodos de recobro

EFICIENCIA DE BARRIDO VERTICAL

FACTORES QUE AFECTAN Ev 1. Heterogeneidades 2. Relación de movilidades 3. Volumen de fluido inyectado 4. Flujo cruzado entre capas

Métodos de recobro

EFECTO DE LAS HETEROGENEIDADES

K1

Cuanto más heterogéneo sea un yacimiento, menor será la eficiencia de barrido areal y vertical

k2 k3 k4

k5

Método de Dykstra Parsons es utilizado para estimar la heterogeneidad.

k6

Métodos de recobro

EFECTO DE LA RELACIÓN DE MOVILIDADES

  K             desplazant e  M     K             desplazada

Si aumenta la relación de movilidad, disminuye la eficiencia vertical de barrido. Métodos de recobro

EFECTO DEL VOLUMEN DE FLUIDO INYECTADO

Ev

Métodos de recobro

EFECTO DEL FLUJO CRUZADO

Fuente. PARÍS DE FERRER M, Inyección de agua y gas en yacimientos de petróleos

Métodos de recobro

EFICIENCIA DE BARRIDO VOLUMÉTRICO

Pozo Productor Pozo Inyector

Ev   Ea * Ei  Fracción del volumen poroso total invadido.

INYECCIÓN DE AGUA

Métodos de recobro

EFECTO DEL ÍNDICE DE INYECTIVIDAD

qw  =

Pe

.00707kk rw h  piwf - pe 

  r e    w  ln   - 0.50    r w  

Te

Esta ecuación supone una relación de movilidad de uno en un yacimiento sin la influencia de otros pozos. Por lo tanto, es bueno para la estimación de la tasa de inyección inicial.

Métodos de recobro

OTROS FACTORES

GRAVEDAD

TASA DE FLUJO

Segregación gravitacional

Fuerzas capilares Fuerzas viscosas Eficiencia volumétrica

Fuerzas gravitacionales

Métodos de recobro

EFICIENCIA DE DESPLAZAMIENTO

Se define como la fracción de aceite en sitio en la región de barrido, desplazada por el agua de inyección. Las variaciones de las propiedades del yacimiento y de los procesos, pueden afectar la eficiencia de desplazamiento, variables tales como fracturas, ángulo de buzamiento, saturaciones iniciales, relación de viscosidad, diferencial de gravedad, relación de permeabilidad relativa, presión capilar, mojabilidad y tasas de inyección.

Métodos de recobro

EFICIENCIA DE DESPLAZAMIENTO

 E  D 

Volumen de  petróleo desplazado Volumen de  petróleo contactado  por agua o gas

 E  D 

1  S wi  S or 

E D

1  S wi



S oi 

Eficiencia de barrido a escala microscópica

 S or 

S oi 

Métodos de recobro

EFICIENCIA DE DESPLAZAMIENTO La eficiencia de desplazamiento microscópico es afectada por los siguientes factores: •Fuerzas

de tensión superficial e interfacial

•Mojabilidad •Presión

Capilar

•Permeabilidad

Relativa

Métodos de recobro

EFICIENCIA DE RECOBRO Durante el barrido de un yacimiento, la eficiencia al desplazamiento coincidiría con la eficiencia en la recuperación, ER , si hipotéticamente el  fluido inyectado contactara todo el petróleo del yacimiento

 FR   E  D 

 Np  N 

Asumiendo barrido volumétrico completo

Métodos de recobro

EJERCICIO En un patrón de 5 puntos, ubicado en un yacimiento maduro de arena tipo fluvial, sometido a inyección de agua, se proyecta recuperar 25% del OOIP, cuando el corte de agua en el pozo productor alcanza el 95% (Inyección de agua acumulada de 0.75 VP). La siguiente data esta disponible: Relación de Movilidades 1.0 Porosidad promedia 0.3 Rangos de permeabilidad Bajo 5 md  Alto 500 md Promedio 150 md Saturación de agua critica 0.25 Saturación de aceite residual 0.25 Presión 2500 psig Temperatura 200 F Ea 1 1.Está la eficiencia de recobro proyectada acorde con E D? 2.Cuál es la principal causa de la baja eficiencia de recobro? 3.Cuáles son algunos posibles enfoques para incrementar el factor de recobro?

Métodos de recobro

EJERCICIO  E  D



S oi



S or 

S oi

Evaluar como si todo el petróleo móvil se desplazara.

 E  D  E  D

0.75 





0.25

0.75 0.67 Métodos de recobro

EJERCICIO •Está

la eficiencia de recobro proyectada acorde con ED?

No  – 25% es mucho más bajo que el máximo nivel de E D de 67%. El factor de recobro es mucho más bajo en comparación con la eficiencia de desplazamiento para remover todo el fluido móvil posible. •Cuál

es la principal causa de la baja eficiencia de recobro? Los valores de E A y ED  están acordes, luego la razón estaría en una baja eficiencia vertical, cuyas posibles causas son: contrastes de Kh, flujo cruzado, intercalaciones, fuerzas capilares y viscosas. •Cuáles

son algunos posibles enfoques para incrementar el factor de recobro? Perforación in fill: mejorar el barrido vertical . Selección de programas de inyección (SIP): escoger estratos continuos y conectados. Selección de programas de producción (SPP): zonas con buena eficiencia de barrido. Métodos de recobro

ACEITE DESPLAZADO

 N  D   N  E  R Donde: ND = Petróleo desplazado debido al proceso de inyección. N = Petróleo en sitio al inicio del proceso. FR = Factor de recobro, fracción.

Métodos de recobro

FACTORES AFECTANDO EN LA INYECCIÓN DE AGUA •Saturación de fluidos al inicio del proceso, S o, Sor, Swc y Sg. Sg

S o 

So Grano Swc Sor

V  Petróleo V Total 

S  g 

V Sor  S wc S or   V Total 



V  gas

V Total  V   Swc V Total 

•Volumen poroso a ser inundado, V p.

Grano

V  Poroso  V T   V Grano

Métodos de recobro

FACTORES AFECTANDO EN LA INYECCIÓN DE AGUA • Viscosidad de aceite u o y agua uw. • Permeabilidad efectiva al aceite, k o @ Swir. • Permeabilidad relativa al agua y al aceite, K rw y Kro. • Estratificación

del yacimiento y Patrones de inyección.

•Distribución de presión entre el pozo inyector y productor. •Tasa de inyección. •Factor volumétrico del petróleo. •Límite

económico.

Métodos de recobro

MECANISMOS EN LA INYECCIÓN DE AGUA El recobro máximo de aceite en la combinación de la producción primaria y secundaria ocurre cuando el proceso se inicia en o cerca de la presión de burbuja.

Cuando la inyección de agua comienza, al mismo tiempo del inicio de la producción del yacimiento (cuando la presión del reservorio está en un nivel alto), se refiere con frecuencia a un proyecto de mantenimiento de presión.

Por otro lado, si la inyección de agua comienza en un momento en el cual la presión del yacimiento a declinado a un nivel bajo debido al agotamiento primario, el proceso de inyección es generalmente conocido como un proceso de inundación con agua.

En ambos casos, el agua inyectada desplaza el aceite y es un proceso de desplazamiento dinámico. Métodos de recobro

SATURACI SATURACIÓN ÓN DE ACEITE ACEITE Determinación Determinación de la saturación de aceite al inicio de la inyección. La saturación de aceite promedio durante cualquier instante del periodo de producción primaria puede ser determinado con la siguiente ecuación:

Volumen  Acei  Aceite te  Yto So  Volumen  Poros  Poroso o  Yto

1

Donde el volumen de aceite en el yacimiento yacimiento puede ser estimado:

Volumen  Aceite  AceiteYto   N ob   N  pp Bo

2

 N ob 

OOIP a la Presión de Burbuja, STB

 N  pp 

Producción de Aceite entre P b y la Presión de Yto, STB

 Bo  Factor volumétrico volumétrico de Formación a la Presión actual RB/STB. Métodos de recobro

SATURACI SATURACIÓN ÓN DE ACEITE ACEITE El volumen poroso en el yacimiento se calcula a partir de un balance de materia volumétrico. volumétrico.

 N ob 

V  p (1.0  S w c )  Bob

Despejando se obtiene:

V  p 

 N ob  Bob

(1.0  S w c )

3

 Bob 

Factor volumétrico volumétrico del petróleo a la presión de burbuja RB/STB.

S wc 

Saturación de agua connata

Métodos de recobro

Se sustituyen las ecuaciones 2 y 3 en la ecuación 1 para obtener:

S o 

( N ob  N  pp ) Bo

  N ob Bob      1  S wc  

Organizando términos se obtiene:

 Npp    Bo  Bo      Np So  1   1  Swc   Nob   Bo  Bob     No

Métodos de recobro

EJERCICIO

Un yacimiento es candidato para la inyección de agua. El factor de recobro es 12%. La saturación de agua connata es 36% y Factor Volumétrico de formación (Bo) a Pb es 1.35 RB/STB y 1.05 RB/STB a la presión actual . Determine la Saturación de aceite a Pb y la saturación de aceite a la presión actual.

Métodos de recobro

EJERCICIO A la Pb, no hay gas libre en la zona de aceite

So  1.0  S wc  1.0  0.36  0.64 La saturación de aceite actual se determina:  N  pp    Bo      (1.0  S wc ) So  1.0   N ob    Bob    

 1.05  So  1.0  0.12 (1.0  0.36)  1.35  So  0.438 Saturación de gas:

S  g   1.0  S wc  S o S  g   1.0  0.36  0.438

S  g   0.202

Métodos de recobro

TIEMPO DE LLENADO El fillup es el momento en el cual el volumen de gas libre es desplazado por el agua inyectada, entonces, la saturación de gas se hace cero, en esta etapa el agua llena el espacio antes ocupado por el gas y aún no ha ocurrido producción por método secundario.

PETRÓLEO AGUA GAS P. INYECTOR P. PRODUCTOR

Métodos de recobro

TIEMPO DE LLENADO La técnica usada para calcular el cutoff de permeabilidad se basa en el método del tiempo fillup.

t   f   

W if   iw

wif    7758 Ah layer  * S g  iw 

0.003541k  swir  h p



 o ln



  0.619  0.5 si  s p  r w  d 

W if = Agua requerida para alcanzar llenado total de la capa, bbls

iw = Cantidad de agua inyectada en la capa por día. t  f

= Tiempo llenado total “fillup”, días

Métodos de recobro

BALANCE DE MATERIA En muchas ocasiones estimar el original oil in place por métodos volumétricos es difícil debido a la complejidad o por datos ineficientes, los registros de pozos, los corazones y los datos de presión de yacimiento. Para los cálculos volumétricos se asume h con k>k cutoff Pero muchas veces no hay completamiento en la zona. El OOIP depende de: • Espaciamiento

entre pozos. • La continuidad de los intervalos. • El completamiento efectivo. George y Stiles proponen : Continuida d  : OOIP  Balance de Materiales OOIP Volumetric o

Métodos de recobro

CUTOFF DE PERMEABILIDAD BASADO EN TIEMPO DE LLENADO LAYER 1

(ko)swir >cutoff Permeabilidad

LAYER 2

(ko)swir >cutoff Permeabilidad

LAYER 3

(ko)swir cutoff Permeabilidad LAYER 5 (ko)swir >cutoff Permeabilidad

LAYER 6 (ko)swir >cutoff Permeabilidad LAYER 7

(ko)swir