Cosas nuevas (mecanismos de producción de hidrocarburos)

Ahora si empezó Ingeniería de Yacimientos II. Hasta la clase pasada todo lo que se había dicho estaba referido a cosas que ya sabíamos y que venimos manejando desde Introducción a la Ingeniería de Petróleo e Ingeniería de Yacimientos I, pero en la última clase empezamos a hablar de mecanismos de producción.

Lo primero que se hablo fue de los mecanismos naturales de producción, que son aquellos en donde se lleva el crudo en sitio hasta la superficie gracias a la energía inicial acumulada en el yacimiento, que se diferencian de los mecanismos mecánicos de producción en donde la energía es introducida de manera artificial al yacimiento para poder producir el flujo de los fluidos. En cualquiera de los casos entendí que los métodos se basan en el principio de compresibilidad de la roca y de los fluidos y de la diferencia de presión que existe entre el yacimiento y la presión del pozo, teniendo que ser la primera mayor que la segunda para que exista un diferencial de presiones que permita convertir un balance de fuerzas en movimiento hacia la superficie.

En cuanto a la parte matemática del asunto se explicó que cada fluido tiene su factor de compresibilidad que es característico, a manera de comparación el petróleo es mucho más compresible que el agua porque puede tener mucho más gas en solución. Se dio entonces la formula diferencial que permite calcular el factor de compresibilidad basándose en el cambio de volumen del fluido por diferencia de presión a la que se encuentra sometido, se desarrolló la ecuación diferencial que lo describe y se demostró para líquidos y gases como queda la expresión que se usa para calcular estas diferencias de volúmenes y presiones. Una de las cosas nuevas que aprendí es que uno de los mecanismos naturales de producción se relacionan a la compresibilidad de la roca que imaginaba que era despreciable, pero aparentemente produce un empuje de crudo importante.

Siguiendo con los mecanismos naturales de producción se analizo la liberación de gas en solución que lógicamente se presenta por presiones por debajo de la presión de burbujeo porque aquí es donde se presenta la liberación de gas. El principio es sencillo, si se libera el gas en solución con el petróleo se hace en forma de burbujas y esas burbujas ocupan un volumen que (ha medida que la presión sigue disminuyendo) va aumentando, este volumen de gas empuja al crudo hacia una zona de menor de presión que viene representada por el pozo, siendo el empuje tal que tiene la energía suficiente para llevar al crudo hasta la superficie. En el libro “El Pozo Ilustrado” se complementan estos datos diciendo también que no hay capa de gas inicial cuando se presenta este mecanismo, que hay una sola fase formada entre en gas disuelto y el petróleo que lo contiene y que la efectividad de este mecanismo esta entre el 20 y 40% de crudo original en sitio que se puede producir.

(Imagen extraída del libro El Pozo Ilustrado)

El siguiente mecanismo que vimos en la clase fue la segregación gravitacional, varios aspectos a tener en cuenta en este punto. El profesor insistió varias veces en lo mismo, buzamiento, buzamiento y buzamiento, y es así, para que este método se pueda dar es necesario que el yacimiento tenga un alto buzamiento (como se muestra en la figura a la derecha, tomada del libro Reservoir Engineering de Tarek Ahmed), eso y que la permeabilidad de la roca sea tal que permita un mas fácil desplazamiento del gas hacia la superficie y no hacia el pozo, en cuanto al principio en que se basa es también fácil de entender, mientras mas columna de gas se vaya formando y acumulando sobre el petróleo entonces mas grande será el diferencial de presión entre el yacimiento y el pozo y el flujo hacia la superficie del crudo se tendrá en mayor medida. Se visualiza fácilmente la configuración que tiene que haber para este mecanismo imaginando la función de un pistón, y es precisamente esto, aumentar o mantener la presión del sistema para crear un mayor diferencial de presión. El profesor también hizo hincapié en decir que este es el mecanismo de producción más eficiente entre el grupo de los naturales. También puede funcionar en conjunto a otros mecanismos y se tiene una recuperación máxima de más del 50% del total de crudo original en sitio, según las condiciones que existan en el yacimiento.

Siguiendo con los mecanismos de producción naturales el empuje por capa de gas fue también analizado y es bastante similar a la segregación gravitacional en cuanto al principio por el cual funcionan. Se tiene entonces en el yacimiento una capa de gas por encima del petróleo ambos en equilibrio, y mientras mas se produce a través del pozo el volumen de petróleo va disminuyendo y el volumen de gas se expande ocupando tal espacio, por lo que la presión mas o menos se mantiene permitiendo así que el diferencial de presiones entre el yacimiento y el pozo se vaya haciendo cada vez mas pequeño pero mas lentamente.

El empuje hidráulico, otro mecanismo natural estudiado, se basa en la conservación de la presión en el yacimiento, el mismo principio de los otros dos mecanismos anteriores se presenta, y se explica como el agua va haciendo las veces de un pistón que empuja al petróleo de abajo hacia arriba y nuevamente se manteniente por mas tiempo el diferencial de presión que hace que el crudo fluya. Se dio un ejemplo de yacimientos en Barinas que producen bajo estas condiciones, y es un caso especial de acuíferos activos, como se muestra en la figura de abajo (extraída del libro Reservoir Engineering de Tarek Ahmed) en donde la capa de agua por debajo del petróleo es frecuentemente alimentada por liquido proveniente de aguas subterráneas.

Pasando a los métodos artificiales de producción se ve como por mecanismo de inyección se trata de emular lo que el empuje por capa de gas y el empuje hidráulico hacen, se inyecta controladamente gas y agua que empujan, el primero hacia abajo y el segundo hacia arriba, al petróleo que queda entre ambos fluidos, el diferencial se aumenta o se mantiene y el petróleo fluye hacia donde hay menos presión que es en el pozo.

Al final de la clase se plantearon los fundamentos que servirán para la deducción de la formula de balance de materiales para calculo de petróleo y reservas en sitio.