Ecuacion d Balance

Universidad Autónoma de Guadalajara Campus Tabasco

FACULTAD DE INGENIERÍA

Nombre del alumno: Marian Villegas CastellanosMateria: Parcial #:Grupo: 4510 Fecha:Tarea #:

Aplicación de la ecuación de Balance de materia en sus diferentes formas.

El mecanismo de empuje de un yacimiento dependerá si se trata de un yacimiento de gas o de aceite. Cuando yacimiento es solamente de gas, este estará formado por las expansiones del propio gas, de su formación y del agua y dependiendo, podría tener un acuífero asociado. En el caso de un yacimiento de aceite, este dependerá de las condición de presión, y nos referimos a la vida productiva de nuestro yacimiento. A lo largo de la vida de nuestro yacimiento se generan distintas expansiones que hacen diferentes clasificaciones: Expansion de la roca, Expansion por empuje de gas disuelto liberado., Casquete de gas, Empuje de agua., Empuje por segregación gravitacional.

La ecuación de balance de materia se enfoca únicamente en el volumen de hidrocarburo, agua de formación y el agua de el acuífero activo.

Entre mas tiempo se pase explotando un yacimiento mas confiables serán nuestros resultados, ya que al inicio de nuestra explotación son menos confiables por el poco tiempo de desarrollo de este, sin embargo los mejores resultados al inicio de la explotación serán los aportados por los métodos volumétricos y a medida que se este explotando nuestro yacimiento.

Para predecir el comportamiento del yacimiento necesitamos ser precisos sobre la cantidad de petróleo que se encuentra en el yacimiento donde:

N= volumen inicial u original del aceite (m3) @c.s

Boi= factor de volumen inicial de gas @c.s

M= relación del volumen inicial de la capa de gas y el columen inicial de la zona de aceite @ c.y

NBoi= Volumen original del aceite y su gas disuelto @c.y

mNBoi= volumen del casquete original de gas @c.y

EN pocas palabras la ecuación de balance de materia encierra toda la relación que debe de haber todo el tiempo en un yacimiento, debemos conocer las condiciones iniciales como el volumen original de hidrocarburo que se encuentre a presión inicial en nuestro yacimiento.



Cuando iniciamos a producir un yacimiento, comenzamos con una presión Pi, pero a lo largo de su historia esta se reduce a P, ya que debido a la producción la presión disminuye, asi que las condiciones de nuestro yacimiento ya son otras y el agua forma parte.

We= volumen de agua que ha entrado a nuestro yacimiento durante la producción (del acuífero hacia el yacimiento) @ c.y

Wp= producción acumulativa del agua o volumen de agua que se esta produciendo junto con Np @c.s

Np= Volumen de aceite producido acumulado hasta cierto tiempo @c.s

Bo= El volumen de aceiteque se mide en la superficie es mejor que el volumen de aceite que se parte del yacimiento, a este cambio asi como el cambio de temperatura y presión es debedio a 3 factores: Liberacion de gas y esto es a medida que la presión declina, otro factor es la disminución de presión causando que el aceite remanente se expanda ligeramente, contracción del aceite debdio a la disminución en la temperatura.

La variación de Bo con la presión

Bg= volumen del gas, y esta es la relación de volúmenes entre un volumen sujeto a las condiciones de presión y temperatura de el yacimiento @c.y y ese mismo volumen a las condición de prsion y temperatura standard @c.s



Bgi= Este es el volumen que ocupa el gas en el yacimiento a condiciones standard sometido a las condiciones iniciales del yacimiento, conocido como factor de volumen inicial de gas,

Desarrollo de la ecuación de balance de materia:

En la ingeniera de yacimientos esta ecuación es básica para interpretar y predecir el comportamiento de nuestro yacimiento y esta es uasada para:

Estimar el volumen inicial de hidrocarburos

Determinar el mecanismo de producción predominante

Predecir el comportamiento del yacimiento.

Schilthuis presenta que la ecuación de balance de materia se lee asi:

Volumen inivial= volumen remanante + volumen producido.

La ecuación de balance de materia puede escribirse como:

El volumen original de hidrocarburos + volumen remanente de hidrocarburos + el volumen de agua intruida desde un acuífero + la reducción del volumen poroso debido a la expansión de roca y fluido.



Ecuacion de balance de materia:

Tal como se presenta la EBM, se deben destacarlos siguientes aspectos.1) Carencia en la dependencia en el tiempo2) Función de los fluidos producidos3) We usualmente tiene dependencia temporal4) Generalmente existen tres incógnitas: We, N, y m

Asumiendo que no se produce gas de la capa de gas. Existen problemas cuando el yacimiento es delgado:

Capa de gas original expandida = mNβoiβg/βgiPetróleo remanente = (N - Np) ßoGas neto liberado = Gas liberado - gas libre producidogas liberado = N (Rsi - Rs)ßggas libre producido = Np (Rp - Rs) ßgGas en solución producido = Np RsGas neto liberado = N (Rsi - Rs)ßg - Np (Rp - Rs) ßgVolumen hidrocarburos remanentes =(N - Np)ßo + mNßoi (ßg/ßgi) + N (Rsi - Rs) ßg – Np (Rp - Rs) ßgIntrusión neta de agua = (We - Wp) ßw

Expansion es igual a producción por lo tanto podemos definir a la expansión como el volumen de lfuidos desplazados o producidos.



El volumen de poros que es ocupado por la expansión del gas en solución se tiene que los términos volumétricos pueden ser determinados por la aplicación del balance de materia en la solución de gas.

COMPRESIBILIDAD de los principales compoenentes de la formación: a las condiciones iniciales, los yacimientos de hidrocarburos se encuentran sometidos a altas presionesm por lo que sus elementos se encuentran comprimidos a causa de las grandes presiones.

Al estar explorando los hidrocarburos, la presión en el espacio poroso disminute por lo que los elementos que se encontraban bajo los efectos de compresibilidad, se expanden debido a caída de presión que hasufrido el sistema.



Compresibilidad del gas: Esta para la presión del yacimiento se apoya en la temperatura constante.

Compresibilidad del acceite: sobre el punto de burbujeo, el coeficiente de la compresibilidad isotérmica del aceite es definida como el coeticiente de compresibilidad isotérmica de un gas,

ECUACION DE BALANCE DE MATERIA PARA YACIMIENTOS DE ACEITE SATURADO CON CASQUETE INCIAL DE GAS INICAL DE GAS Y ENTRADA NATURAL DE AGUA.

Esta ecuación es la inicialmente desarrollada por Schilthuis. Al declinar la presión del yacimiento como consecuencia de la producción, el casquete de gas inicial se expande desplazando al aceite hacia la parte inferior del yacimiento. Este desplazamiento es observado por el incremento de la relación gas-aceite en loas pozos terminados en la parte inferior de la estructura.

Cuando el yacimiento de hidrocarburos está asociado con el acuífero, este último invadirá a los estratos productores debido a la caída de presión originada en el yacimiento por la producción. Para el desarrollo de esta ecuación cuando no hay presencia de agua no se toma en cuenta en la formula por lo tanto We=0 y la solubilidad del gas en el agua, por ser un valor insignificante, se desprecia en los cálculos correspondientes.



La ecuación de balance en forma volumétrica puede ser reducida para estimar todos los cambios volumétricos que suceden durante la vida productiva del yacimiento.

LA RELACION de la compresibilidad del aceite para la presión del yacimiento, para un aceite negro típico y con la temperatura constante es:

Cuando la presión del yacimiento esta por debajo de la presión del punto de burbujeo, la situación es muy diferente, El volumen de los liquidos en el yacimiento decrece a causa de la reducción de la presión, Sin embargo el volumen ocupado en el yacimiento por la masa original de los liquidos aumenta debido a la expansión del gas.



COMPRESIBILIDAD DEL AGUA:

La compresibilidad del agua como la del aceite aunque en menor grado, depende de la temperatura, la presión y la cantidad de gas en solución y su salinidad.

COMPRESIBILIDAD DE LA FORMACION

Cuando la presión del fluido contenido en espacios porosos de la roca, la cual esta soetida a una presión externa constante, se abate a causa de la extracción, el volumen total de la roca decrece mientras que el columen de las pasticulas solidas aumenta. Este cambio a la porosidad para una determinada roca, depende solo de la diferencia entre la presión interna y externa y no del valor absoluto de las presiones.

Cuando la presión del yacimiento declina de un valor inicial P1 a cualquier valor de P es un yacimiento que produce arriba de la presión de saturación, al volumen poroso, declina a un valor VP debido a la compresibilidad de formación.

Hall encontró experimentalmente una relación entre la porosidad de la roca y su compresibilidad. La correlacion mencionanda se refiera al efecto combinado de aumento de un volumen de los granos al caer la presión y la disminución del columen de la formación, por compactación, a causa de la extracción y por efecto de la presión de la roca.

Hall determino que la compresibilidad de la formación es independiente del tipo de roca y del rango de presiones y exclusivamente una función de la porosidad.

EXPANSION:

Este proceso ocasiona una cierta caída de presión en el yacimiento. Esta caída de presión ocasiona también una expansión en los fluidos y de los solidos contenidos en el yacimiento, mas el volumen de entrada neta natural de agua menos el volumen de agua producido, es decir la entrada de agua y el calculo de las expansiones se realizara por medio de:

RECUPERACION:



La producción de hidrocarburos se realiza a expensa de la energía propia del yacimiento, Es decir que durante la recuperación primaria de hidrocarburos no se inyecta masa ni energía. Por lo que se trata de asegurar la mayor producción posible con la energía del yacimiento.

Una de las tareas de los intenieros petroleros es estimar la recuperación de los hidrocarburos, que esto depende de las cuestiones técnicas económicas y ambientales, que a su vez determinan el proceso de recuperación por lo que una de las ecuaciones requeridas es la ecuación de recuperación del aceite que esta:

APLICACIÓN DE LA ECUACION DE BALANCE DE MATERIA PARA YACIMIENTOS:

Aceite bajosaturado:

Estos presentan una presión inicial mayor a la presión de burbujeo., otro punto importante es que no presentan la fase gaseosa, esto quiere decir que los poros de la roca del yacimiento se encuentran impregnados solo con dos fluidos que son el aceite y el agua.

Estos se pueden clasificar en volumétricos y no volumétricos

YACIMIENTOS VOLUMETRICOS: Se le llama asi cuando no se considera expansión de la roca ni de la del agua

YACIMIENTOS NO VOLUMETRICOS: Se considera al valor de la expansión del aceite junto con los valores de la expansión de la roca y del agua, y estos valores se introducen en la ecuación de balance, y esto es sin entrada de agua y sin producción de agua.

Aceite saturado:

Es el yacimiento donde su presión es menor que la presión de burbujeo del aceite y debido a ellos presenta gas libre como un fluido saturante, además del aceite y del agua, que también se encuentran saturando al yacimiento, Por lo que en estos yacimientos se da la posibilidad de que al iniciar la producción exista en ellos gas libre, lo cual forma un casquete en la parte superior del yacimiento.

Como caso particular de los yacimientos saturados son aquellos que originalmente fueron bajosaturados, esto quiere decir que el yacimiento al inicio de su estapa como



saturado la presión será igual a la presión de saturación y la ausencia de gas libre al inicio.

GAS

En este tipo de yacimientos los fluidos que se encuentran saturando los poros de la formación serán agua y gas.

El tipo de gas del que se esta tratando en este tema es el de un gas seco, por lo que la palabra seco indica que el gas no contiene suficientes molesculas de los compuestos pesados como para formar hidrocarburos liquidos a las condiciones superficiales. Por lo que si a las condiciones de superficiem no se obtienen hidrocarburos liquidos mucho menos se tendrá las condiciones de yacimiento.

GAS Y CONDENSADO

Los cambios de fases que ocurren en estos yacimientos, como el fenómeno presentado que es el de condensación, dependiendo de las características se recomienda el uso de simuladores composicionales cuando el yacimiento es grande y se tiene buena información sobre las propiedades de la roca y de los fluidos.

Yacimientos de gas y condensado CON condensasion retrogada:

Estos se caracterizan por la formación de condensad retrogrado en el yacimiento al caer la presión por debajo de la presión de rocio.

Yacimientos de gas y condensado SIN condesacion retrograda:

La presión de estos yacimientos se matntiene igual o superior a la presión de rocio retrograda, no ocurre condensación retrograda en el yacimiento. La composición de la mezcla de los hidrocarburos producida no varia y el rendimiento del liquido en superficie permanece aproximadamente constante.



Nombre del alumno: Marian Villegas CastellanosMateria: Parcial #:Grupo: 4510 Fecha:Tarea #: Resumen 2

Petroleum Reservoir Engineering. Desde que el aceite, agua y gas están presentes en los yacimientos, la ecuación de balance de materia es establecida para el total de fluidos o por cada uno de los fluidos presentes. Existen numerosas maneras de expresar las propiedades físicas de los fluidos presentes y la relación que tienen esas propiedades,

Una de las teorías presentadas para los yacimientos fue presentada por Schiltuis, este trabajo lo siguió Kats y después por Miles. Aunque el progreso en la tecnología en nuestra carrera se ha desarrollado, la ecuación de balance de materia de Schiltuis ha continuado como una de las favoritas.

Simbolos:

Np = Petróleo producido, BFN = Petróleo original in-situ, BFG = Gas inicial en el yacimientom = Tamaño inicial de la capa de gas o volumen inicial de la capa de gas/volumen de lazona de petróleo (N)Np = Petróleo producido acumulado, BFGp = Gas producido acumulado, pcnWp = Agua producido acumulado, BFRp = Relación gas-petróleo acumulada, Gp/Np, pcn /BFRs = Relación gas-petróleo, pcn/BFßo, ßw = Factor volumétrico de formación del petróleo y del agua, bbl/BFßg = Factor volumétrico de formación del gas, bbl/pcnWe = Intrusión acumulada de agua, BFSw = Saturación de agua, fraccióncw, co, cg = Compresibilidad del agua, del petróleo y de gas, 1/psicf = Compresibilidad del volumen poroso, 1/psiP = Presión estática del yacimiento, psiaΔP = Pi - P



Sistema de un yacimiento volumétrico:

Cuando un yacimiento es descubierto, este contiene agua, gas ya aceite segregado en zonas. Nuestra ecuación es capaz de determinar cada tipo de fluido existente

Despues de un tiempo al descubrir el yacimiento la presión inicial tiende a declinar a P como el resultado de fluidos producidos, inyecciones.

La expresión para el volumen ocupado de poros por fluidos en la zona original de aceite asume que el agua producida es el resultado de agua en movimiento por la zona de agua. Por esta razón la evolución de gas o del gas libre se desenvuelve sola.

La ecuación de balance de materia es empleada para estimar el volumen de aceite inicial presente en un yacimiento con hodrocarburo,utilizando geología, producción y datos en laboratorio. Un poco mas predecible toda la información tomada debe de ser una relación del tamaño en proporción del área de aceite y gas , estos serian datos empíricos. El estudio del campo, reportes de presión, producción, y los análisis en cada una de las curvas, el tipo de capas de la tierra, nos darán una indicación del tipo de mecanismo en el yacimiento que encontremos.

La geología y el análisis de laboratorio son sustituidos también en la ecuación, asi como principalmente el volumen inicial, este es determinado por cada tipo de presión y tiempo en observación.

Cabe destacar que la ecuación de balance de materia no toma en consideración el rango de producción de varios fluidos. Son 3 valores que no se toman directamente. 1.- Volumen inicial de aceite en sitio. 2.-Volumen inicial de gas en sitio y el agua acumulada.



Nuestra ecuación de balance de materia tiene un poder muy bajo de resolución, es necesario definir por lo menos dos de las cantidades antes mencionadas independientes a la ecuación de balance.

La manera en que se deriva la ecuación es presentada por las necesidades del yacimiento, un ejemplo aquí cuando no tiene asquete de gas, tenemos 0 en la saturación del gas y no tenemos inyección de gas ni agua.

Empuje por gas:

De esta manera no tenemos casquete de gas y no tenemos agua por inyección. Asumimos un cambio en llos poros y el agua hablando de volumen es tan pqequeño comparada con el aceite y la solución de gas en expansión que no pueden ser ignorados.

Por casquete de gas:

Esta ecuación es simplificada para una solución de casquete de gas en el yacimiento asumiendo que el agua en inteccion es cero, para el cambio de agua y el volumen de poros es tan pequeño hablando de fracción del total del volumen en cambio que por lo mismo se puede contemplar como 0, las propiedades del fluidos del casquete de gas y la solución de gas son las mismas.

Casquete de gas con inyección de agua.

La expansión de los hidrocarburos en la zona de gas y aceite y la expansión del agua en la zona de agua, es extremandamente largo comparado con la expanzion de agua en determinada zona de poros.



Yacimientos de gas:

El ingeniero petrolero debe estimar el volumen de hidrocarburos en sitio cuando el gas liberado existe en el yacimiento, La ecuación de balance de matera puede reducir esto a una foma donde se permita calcular el fas inicial en sitio. Desde que no hay liquido contemplado en la ecaluacion de aceite en sitio y este tiende a cero la solución de producción de gas es también cero. Por simplidicaciones es asumido que la entrada de agua, el agua de producción y el agua ya existente todas son cero.

Informacion de pruduccion de fluidos:

La gravedad del gas y el aceite deben de estar conconrde al total del volumen. Algunos yacimientos requieren a mas detalle el análisis de la ecuación del balance de materia que se basa en datos volumétricos. La gravedad del fluido producido estará determinado en los segmentos de columenes y también en las propiedades de los fluidos.

La ecuación de balance de materia:

Constituye una de las herramientas más usadas por el Ing. de yacimientos en el cálculo de petróleo y gas originalmente en sitio. (Validación del volumen de fluidos obtenidos volumétricamente), determinación de mecanismos de producción y predicción del comportamiento futuro de producción y presión del yacimiento.Para calcular el gas inicial en el yacimiento en determinada sección o parte del yacimiento es necesario conocer, además de la porosidad y la saturación de agua innata, el volumen total de la sección de la roca. En muchos casos sin embargo, no se conoce con suficiente exactitud uno o varios de estos factores y por tanto el método volumétrico no puede usarse, en este caso para calcular el gas inicial en el yacimiento se debe usar el método de balance de materiales; sin embargo este método se aplica sólo para la totalidad del yacimiento, por la migración de gas de una parte del yacimiento a otra, tanto en yacimientos volumétricos como en aquellos de empuje hidrostático.Una comparación de los métodos volumétricos y balance de materiales, puede proveer una medida cualitativa del grado de heterogeneidad del yacimiento y permite más argumentos precisos de las reservas de gas para una estrategia dada de desarrollo del campo.



Otra ventaja del método del balance de materiales, es que si se dispone de suficiente historia de producción y presión, la aplicación de este método puede dar una visión interna del yacimiento y de los mecanismos predominantes de desplazamiento, donde como quiera que el uso correcto del método volumétrico, requiere de un conocimiento previo de las fuentes primarias de la energía del yacimiento.

Temperatura del yacimiento:

Esta determinación esta ligada a una seria de conexiones con el numero de operaciones en el yacimiento. Algunas de estas observaciones en la temperatura están conectados a los parámetros de presiones .

La máxima temperatura es usualmente la que existe en la profundidad máxima donde los instrumentos son corridos(termómetro).

Se necesita un valor especifico de rangos y este depende de las profundidades, asi se hace una temperatura promedio que define en rangos largos

Presiones en el yacimiento:

Los pozos de hidrocarburos son sometidos a diferentes tipos de pruebas con el objetivo fundamental de determinar la habilidad que tiene los mismos de producir bajo diferentes condiciones. La importancia de estas pruebas radica en que la información que se obtiene de ellas, permite el desarrollo de los programas de explotación. En dicho trabajo la pruebas que se utilizaron fueron pruebas multitasas y pruebas de pseudo restauración. Además se realizó un análisis de la estabilidad física y matemática de las presiones de fondo fluyente de las pruebas de presión, parámetros que intervienen directamente en el cálculo del Índice de productividad, haciéndose necesario realizar las definiciones básicas y métodos empleados para el análisis.

✓ Las pruebas de presión es un procedimiento para realizar pruebas en la formación a través de la tubería de perforación, el cual permite registrar la presión y temperatura de fondo y evaluar parámetros fundamentales para la caracterización adecuada del yacimiento. La medición se realiza a través de un equipo especial el cual posee un sensor que es colocado lo mas cercano posible a la cara de la arena para medir la variación de la presión en tiempo.

Usos y Aplicaciones:

La información obtenida de las pruebas de presión es utilizada para reducir el riesgo económico de un amplio rango de decisiones a ser tomadas durante la vida productiva del pozo y del yacimiento. Entre los usos y aplicaciones de la información disponible en la prueba de presión adecuadamente diseñada, ejecutada y analizada se tienen:✓ Presión promedio del yacimiento o presión promedio en el área de drenaje del pozo.



✓ Calculo de Reservas (Balance de materiales).✓ Proyecto de mantenimiento de presión✓ Simulación✓ Evaluación del Comportamiento del pozo.

Otro fluido que permite la recuperación del hidrocarburo es la entrada de agua y en ese taso si tenemos un acuidero de dimensiones grandes y se encuentra asociado al yacimiento, entonces se presentara una entrada de agua que empujara a los hidrocarburos hacia la parte superior del yacimiento. Este fenómeno de desplazamiento de los hidrocarburos por agua se presenta en el momento que el agua va invadiendo los poros gradualmente ocasionando asi la expulsión de gran parte del aceite que se encuentra contenido en el espacio poroso de la formación. Por otra parte si la entrada de agua es muy grande, esto puede ocasionar que la presión del yacimiento disminuya un poco, pudiendo llegar a mantenerse en la etapa de saturación prácticamente constante la presión del yacimiento.

ECUACION DE BALANCE DE MATERIA PARA YACIMIENTOS DE ACEITE SATURADO CON CASQUETE INCIAL DE GAS INICAL DE GAS Y ENTRADA NATURAL DE AGUA.

Esta ecuación es la inicialmente desarrollada por Schilthuis. Al declinar la presión del yacimiento como consecuencia de la producción, el casquete de gas inicial se expande desplazando al aceite hacia la parte inferior del yacimiento. Este desplazamiento es observado por el incremento de la relación gas-aceite en loas pozos terminados en la parte inferior de la estructura.

Cuando el yacimiento de hidrocarburos está asociado con el acuífero, este último invadirá a los estratos productores debido a la caída de presión originada en el yacimiento por la producción. Para el desarrollo de esta ecuación cuando no hay presencia de agua no se toma en cuenta en la formula por lo tanto We=0 y la solubilidad del gas en el agua, por ser un valor insignificante, se desprecia en los cálculos correspondientes.

La ecuación de balance en forma volumétrica puede ser reducida para estimar todos los cambios volumétricos que suceden durante la vida productiva del yacimiento.



CONCLUSIONES

1. La ecuación de balance de materiales es un planteamiento de los principios de conservación de masas.

2. La aplicación de este método puede dar una visión interna del yacimiento y de los mecanismos predominantes de desplazamiento.3. El VPH solo varia con el cambio de presion y las compresilidades del agua connata y formacion.4. El método de declinación de presión permite la determinación del GOES por extrapolación de la recta.5. La ecuación de balance de materiales permite determinar el número aproximado de acres ocupados por el yacimiento.6. La producción de agua en superficie no refleja que el yacimiento posee un acuífero activo asociado.

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