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CARACTERISTICAS PRINCIPALES DE LOS YACIMIENTOS
Clasificacin del flujo de fluidosLos sistemas de flujo en el
yacimiento se clasifican de acuerdo con el tipo de fluido, los
regmenes de flujo, el ngulo de buzamiento, la geometra de flujo
y el nmero de
fases fluyentes
Tipos de fluidosPara identificar los fluidos del yacimiento se
toma en cuenta el coeficiente de
compresibilidad isotrmica. En general, desde este punto de
vista, los fluidos se
clasifican en tres grupos:
Flujos incompresibles
Fluidos ligeramente compresibles
Fluidos compresibles
El coeficiente de compresibilidad isotrmica c, se describe
matemticamente por las
siguientes expresiones:En trminos del volumen de fluido:
En trminos de la densidad del fluido:
Donde V y son el volumen ya densidad del fluido,
respectivamente.
Fluidos incompresiblesUn fluido incompresible es aqul cuyo
volumen (o densidad) no cambia con la presin,
esto es:
En realidad, el fluido incompresible no existe; sin embargo este
comportamiento se
supone en muchos casos debido a que simplifica la deduccin y la
forma final de
muchas ecuaciones de flujo, y es suficientemente exacto para
muchos propsitoprcticos.
Fluidos ligeramente compresibles
Un fluido ligeramente compresible es aqul cuyo cambio de volumen
debido a la
presin (o densidad) es bastante reducido. Conociendo el volumen
Vi de un lquido
ligeramente compresible a una determinada presin de referencia
pi, los cambios en
su comportamiento volumtrico pueden describirse matemticamente
integrando:
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Pero:
Por lo tanto:
Donde p es la presin, psi; V, el volumen a la presin p, ft3; pi,
la presin inicial
(referencia), psi; y Vi, el volumen del fluido en las
condiciones de referencia, ft3.
La funcin expuede representarse por la expansin de la serie:
Si se considera que el exponente x es muy pequeo (el cual
representa el trmino
(c(pi-p)), entonces expuede ser aproximada truncando los dos
primeros trminos de la
series, esto es:
ex=1+x
Combinando ecuaciones, se tiene:
V= Vi[1+c(pi-p)]
Donde p es la presin en psi; V, el volumen a la presin p en ft3;
y Vi el volumen a la
presin inicial o a una presin de referencia, pi (pref), en
psi.
Una derivacin similar se puede aplicar para la ecuacin de la
densidad:
=1[1-c(pi-p)]
Donde p es la presin, en psi; , la densidad a la presin p,
lb/ft3; pi, la presin inicial
de referencia, en psi; y , la densidad del fluido a la presin
inicial de referencia, lb/ft3.
Es conveniente sealar que los sistemas de petrleo crudo y agua
entran en esta
categora.
Fluido compresibles
Son los fluidos que experimentan un gran cambio debido a la
presin. Todos los gases
se consideran compresibles. El caso aproximado de flujo de gas
en el yacimiento se
expresa por la ley de los gases reales:
Diferenciando con respecto a la presin y manteniendo la
temperatura constante, se
obtiene:
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Finalmente, como
Entonces, al sustituir, resulta:
Donde Cg es el factor isotrmico de compresibilidad de gas en
psi-1
.
Para un gas ideal, z=1, dz/dp=0 y la compresibilidad es
simplemente el recproco de la
presin; por lo tanto, un gas ideal a 1000 psi tiene una
compresibilidad de 1000x10-6
psi-1
.
Las siguientes ilustraciones muestran el cambio de volumen y
densidad en funcin de
la presin para los tres tipos de fluidos:Relacin presin-volumen
para diferentes tipos de fluidos:
Densidad del fluido en funcin de presin para diferentes tipos de
fluido:
Regmenes de flujo
Existen bsicamente tres tipos de condiciones o regmenes de flujo
en funcin de la
presin y del tiempo que deben ser identificados para clasificar
el flujo de los fluidos
del yacimiento
Flujo continuo
Flujo semi-continuo
Flujo no continuo o transitorio
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Flujo continuo
Este rgimen de flujo existe cuando en cada seccin transversal a
la direccin de flujo
la densidad es constante en el tiempo; es decir, no existen
cambios de presin ni de
velocidad del fluido con el tiempo. Matemticamente esto se
expresa por:
En condiciones comparables, los yacimientos de gas alcanzan
condiciones de estado
continuo ms rpidamente que los de petrleo. Esto se debe a que la
viscosidad de los
gases es mucho ms baja, lo que se compensa por el aumento en la
compresibilidad
del fluido y la reduccin del tiempo de readaptacin.
En general, el comportamiento del estado continuo es adecuado
cuando el tiempo de
readaptacin (tiempo que transcurre desde el momento en que se
produce un
disturbio de presin hasta que se alcanzan las condiciones de
flujo continuo) es
pequeo comparado con el tiempo transcurrido entre variaciones
grandes de la tasa
de flujo, o, en el caso de yacimientos, cuando es pequeo
comparado con la vida
productiva total del yacimiento.
Flujo semi-continuo
Tambin denominado flujo variable, existe cuando la presin
declina linealmente con
el tiempo en cualquier posicin del yacimiento. Aqu, la tase de
declinacin de la
presin es directamente proporcional a la tasa de produccin del
yacimiento e
inversamente proporcional al volumen de drenaje. Este tipo de
rgimen algunas veces
se trata matemticamente como una continuacin del flujo continuo
y se expresa por:
Flujo no continuo
Es el flujo de la formacin del pozo, en el cual la presin en el
yacimiento no cambia
linealmente con el tiempo. Se puede expresar por:
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Geometra de flujo
La mayora de los yacimientos tienen lmites irregulares y la
descripcin matemtica
rigurosa de su geometra slo es posible con el uso de simuladores
numricos. Se ha
identificado un buen nmero de geometras en el flujo de fluidos
en el yacimiento; sin
embargo, para la mayora de los problemas de ingeniera los
sistemas geomtricos de
mayor inters prctico son los que dan origen a los flujos lineal
y radial.
Flujo Lineal
En el flujo lineal, las lneas de flujo son paralelas y el fluido
fluye en una sola direccin.
Adems, la seccin transversal expuesta al flujo es constante.
Un ejemplo muy comn del flujo lineal es el flujo de fluido en
fracturas hidrulicas
verticales.
Flujo Radial
En el flujo radial, las lneas de flujo son rectas y convergen en
dos dimensiones a un
centro comn, por ejemplo, un pozo. La seccin transversal
expuesta al flujo
disminuye a medida que se aproxima al centro.
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Flujo Esfrico
Ocasionalmente, el flujo esfrico es de inters. En ste, las lneas
de flujo son rectas yconvergen en tres dimensiones hacia un centro
comn. Dependiendo del tipo de
configuracin de la terminacin de pozos, es posible tener flujo
esfrico o semiesfrico
cerca de los pozos. Un pozo perforado en un pequeo intervalo
podra resultar con
este flujo en las cercanas de las perforaciones.
Fases fluyentes en el yacimiento
Las expresiones matemticas que se utilizan para predecir el
comportamiento
volumtrico y la presin de un yacimiento varan en forma y
complejidad,
dependiendo del nmero de fases en movimiento. Existen, en
general, tres casos de
sistemas de flujo:
De una sola fase: petrleo, agua o gas
De dos fases: petrleo-agua, petrleo-gas, o gas-agua
De tres fases: petrleo, agua y gas.
