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SIMULACIÓN DE YACIMIENTOS

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SIMULACIÓN DE YACIMIENTOS

  1. 1. Simulación de Yacimientos Desarrollo de Yacimientos / UN Venezuela Ing. Mariela Reverón © Repsol. Desarrollo de Yacimientos. 13/10/2022
  2. 2. 2 1. Marco Teórico 2. Flujograma de Trabajo 3. Mallado 4. Funciones de Saturación 5. Propiedades de los fluidos 6. Inicialización 7. Eventos de pozos e historia de producción - inyección 8. Sensibilidad e incertidumbre 9. Cotejo Histórico 10. Predicciones Índice © Repsol. Desarrollo de Yacimientos. 13/10/2022
  3. 3. Marco Teorico © Repsol. Desarrollo de Yacimientos. 13/10/2022
  4. 4. Que es Simulación de Yacimientos? 4 Definición Thomas T. Goldsmith Jr. y Estle Ray Mann: R. E. Shannon: "Simulación es una técnica numérica para conducir experimentos en una computadora digital" "La simulación es el proceso de diseñar un modelo de un sistema real y llevar a término experiencias con él". © Repsol. Desarrollo de Yacimientos. 13/10/2022 • Es una herramienta que permite al ingeniero de petróleo obtener una mayor comprensión del mecanismo de recuperación de hidrocarburos en comparación con otras herramientas convencionales. • La simulación de yacimientos por computadora permite un estudio mas detallado del yacimiento al dividirlo en un número de celdas o bloques y aplicando ecuaciones fundamentales para el flujo a través del medio poroso en cada bloque.
  5. 5. Por que hacemos Simulación de Yacimientos? 5 Problemas típicos • Cuantos Pozos? • A cual tasa? • Espaciamiento entre pozos? • Intervalo de cañoneo? • Reacondicionamiento? • Mantenimiento de Presión? • Inyección de agua o gas? Nitrógeno o CO2? © Repsol. Desarrollo de Yacimientos. 13/10/2022
  6. 6. Usos Típicos 6 © Repsol. Desarrollo de Yacimientos. 13/10/2022 Evaluación del activo • Determinación mas precisa de los volúmenes de reservas Gestión del activo • Determinación de los patrones de pozos, número de pozos a perforar, tasas de inyección, tasas de producción • Determinación de las facilidades apropiadas Gestión de Incertidumbres • Estimación del riesgo financiero de prospectos exploratorios • Evaluación de los efectos de irrupción temprana de gas o agua, o conificación • Estimar los medios para cumplir con los contratos de entrega de gas Regla de Oro • Solo se puede producir una vez • Se puede simular muchas veces
  7. 7. Modelos 7 © Repsol. Desarrollo de Yacimientos. 13/10/2022 Modelo Matemático: Las Ecuaciones 𝜕 𝜕𝑥 𝑘𝑘 𝜇 𝛽 𝜕𝜃 𝜕𝑥 + 𝜕 𝜕𝑦 𝑘𝑘 𝜇 𝛽 𝜕𝜃 𝜕𝑦 + 𝜕 𝜕𝑧 𝑘𝑘 𝜇 𝛽 𝜕𝜃 𝜕𝑧 = 𝜕 𝜕𝑡 ∅𝑆 𝛽 Modelo Numérico: Herramientas de Resolución Equation Formulation Implicit formulation Implicit mobilities Fully implicit Semi-implicit Explicit formulation Mobility weighting Implicit pressure, explicit saturation (IMPES) Sequential solution Simultaneous solution Iterative methods Convergence Adaptive Implicit (AIM) Equation Solving Direct methods Iterative methods Explicit methods Gaussian elimination Band solvers Natural ordering D4 orderings Nested dissection / factorization Convergence Relaxation methods Sucessive overrelaxation (SOR) Line succesive overrelaxation (LSOR) Etc. Modelo Computacional: Los programas (softwares) REVEAL RUBIS
  8. 8. Modelos 8 © Repsol. Desarrollo de Yacimientos. 13/10/2022 PVT • Black oil • Composicional Flujo en el medio poroso • Single poro (matriz) • Dual poro (fracturado) • Dual perm Transferencia de Masa y Calor • Flujo inmiscible • Flujo miscible • Isotérmico • Térmico Geometría • 1D • 2D • 3D Sistema de coordenadas • Cartesiano • Cilíndrico • Esférico • Curvilíneo Facilidades de Superficie • Yacimiento + pozos • Yacimiento + pozos + red Clasificación De acuerdo a: Puede ser
  9. 9. Modelos de acuerdo al tipo de fluido 9 © Repsol. Desarrollo de Yacimientos. 13/10/2022 Clasificación Gas Petróleo (con gas en solución) • Fases representadas por un “componente” • Asume composiciones constantes con presión y tiempo Petróleo Negro (Black oil) • Fases representadas por mezclas multicomponentes • Asume que los fluidos del yacimiento a todas las temperaturas, presiones, composiciones y tiempo pueden ser representados por una Ecuación de Estado (EDE). C1, C2, C3…. Vapor Líquido C1, C2, C3… Composicional
  10. 10. Modelos de acuerdo a la geometría 10 © Repsol. Desarrollo de Yacimientos. 13/10/2022 Clasificación Tanque 1D Radial Cross-sectional Areal Radial cross sectional 3D
  11. 11. En que consiste la simulación de yacimientos? 11 © Repsol. Desarrollo de Yacimientos. 13/10/2022 • El yacimiento es dividido en un número de celdas o bloques
  12. 12. En que consiste la simulación de yacimientos? 12 © Repsol. Desarrollo de Yacimientos. 13/10/2022 • Se proporciona información básica para cada celda o bloque: Porosidad Permeabilidad Espesor NTG Facie Sw PVT Kr’s • El yacimiento es dividido en un número de celdas o bloques
  13. 13. En que consiste la simulación de yacimientos? 13 © Repsol. Desarrollo de Yacimientos. 13/10/2022 • Los pozos se posicionan dentro de las celdas • Se proporciona información básica para cada celda o bloque • El yacimiento es dividido en un número de celdas o bloques
  14. 14. En que consiste la simulación de yacimientos? 14 © Repsol. Desarrollo de Yacimientos. 13/10/2022 • Los pozos se posicionan dentro de las celdas • Se proporciona información básica para cada celda o bloque • El yacimiento es dividido en un número de celdas o bloques • Las tasas de producción requeridas se especifican como una función del tiempo: Tasa de Petróleo, BPD 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 10/10/2006 22/2/2008 6/7/2009 18/11/2010 1/4/2012 14/8/2013 27/12/2014 10/5/2016 22/9/2017 4/2/2019 18/6/2020 Fecha
  15. 15. En que consiste la simulación de yacimientos? 15 © Repsol. Desarrollo de Yacimientos. 13/10/2022 • Los pozos se posicionan dentro de las celdas • Se proporciona información básica para cada celda o bloque • El yacimiento es dividido en un número de celdas o bloques • Las tasas de producción requeridas se especifican como una función del tiempo: • Las ecuaciones: • Son escritas apropiadamente (en espacio: celdas; y tiempo: timesteps) y resueltas numéricamente • Proporcionan la presión y las saturaciones para cada celda, así como la producción de cada fase para cada pozo.
  16. 16. Nos interesa simular el flujo 16 © Repsol. Desarrollo de Yacimientos. 13/10/2022 • Flujo de una celda a la otra celda vecina (1) • Flujo de la celda a la completación del pozo (2) • Flujo dentro de los pozos (y redes de superficie) (3). 1 2 3 Flujo = Transmisibilidad * Movilidad * Diferencia de Potencial Geometría y Propiedades Propiedades de Fluido Producción del Pozo
  17. 17. Data requerida 17 © Repsol. Desarrollo de Yacimientos. 13/10/2022 Propiedades de los fluidos Propiedades de la Roca Interacción roca – fluidos Bo, Bg, Bw µo, µg, µw Rs Co, Cg, Cw ρo, ρg, ρw Profundidad de los contactos ø Kx, Ky, Kz So, Sg, Sw h NTG Topes Barreras de flujo Cr Kr’s Pc
  18. 18. Data requerida 18 © Repsol. Desarrollo de Yacimientos. 13/10/2022 Datos de Producción Datos de Pozos Qo, Qg, Qw vs t Np, Gp, Wp vs t P vs t. Coordenadas Trayectoria Periodos de producción Cañoneos Re-cañoneos Cambios de completación IP Máx Q BHP Levantamiento Artificial
  19. 19. Flujograma de Trabajo © Repsol. Desarrollo de Yacimientos. 13/10/2022
  20. 20. Flujograma de trabajo 20 © Repsol. Desarrollo de Yacimientos. 13/10/2022 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 10/10/2006 22/2/2008 6/7/2009 18/11/2010 1/4/2012 14/8/2013 27/12/2014 10/5/2016 22/9/2017 4/2/2019 18/6/2020 QA/QC Mallado Funciones de saturación Propiedades de los fluidos Inicialización Eventos y Data de Producción Cotejo Histórico Predicciones Sensibilidad e incertidumbre
  21. 21. QA/QC Mallado 21 © Repsol. Desarrollo de Yacimientos. 13/10/2022 Geometría de las celdas Las celdas deben ser los mas cercano a un cubo, para evitar problemas de convergencia durante la resolución de las ecuaciones numéricas.
  22. 22. QA/QC Mallado 22 © Repsol. Desarrollo de Yacimientos. 13/10/2022 Geometría de las celdas
  23. 23. QA/QC Mallado 23 © Repsol. Desarrollo de Yacimientos. 13/10/2022 Propiedades de la Malla Porosidad: almacenamiento Permeabilidad: dejar fluir
  24. 24. Funciones de saturación 24 © Repsol. Desarrollo de Yacimientos. 13/10/2022 Curvas de Kr y Pc Cálculo de movilidad del fluido 1 y 2: Cálculo de la saturación inicial de los fluidos en cada celda Para calcular la saturación inicial en la zona de transición de cada fase Presión Capilar Se tiene un set de curvas por cada tipo de roca identificada en el yacimiento, en función de sus propiedades como porosidad y permeabilidad 1 2
  25. 25. Funciones de saturación 25 © Repsol. Desarrollo de Yacimientos. 13/10/2022 Asignación de curvas al modelo. Satnum Tipos de roca diferentes se diferencian en la malla con esta propiedad
  26. 26. Propiedades de los Fluidos 26 © Repsol. Desarrollo de Yacimientos. 13/10/2022 Data PVT • Representatividad y Validación de análisis PVT • Ajuste de Experimentos • Exportar tablas Black oil ó EDE • Uso de correlaciones • Variación de composición con profundidad
  27. 27. Propiedades de los fluidos 27 © Repsol. Desarrollo de Yacimientos. 13/10/2022 Variación de Composición con Profundidad 6000 7000 8000 9000 10000 11000 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Fracción molar Profundidad, pies TVDSS C1 C7+ GOC Gas Condensado Petróleo Negro 6000 7000 8000 9000 10000 11000 3000 3500 4000 4500 5000 GOC Gas Condensado Petróleo Negro Profundidad, pies TVDSS Presión, lpc Presión de Yacimiento Presión de Saturación
  28. 28. Inicialización 28 © Repsol. Desarrollo de Yacimientos. 13/10/2022 • Equilibrio • Define la saturación inicial de cada fase y los gradientes de presión basado en la profundidad de los contactos de fluidos • El simulador calcula las saturaciones y las presiones asumiendo equilibrio • Enumeración • Se especifica explícitamente la saturación inicial y la presión en cada celda Presión Profundidad CGP CAP Nivel de agua libre Distribución inicial de fluidos y presiones Tipos:
  29. 29. Inicialización 29 © Repsol. Desarrollo de Yacimientos. 13/10/2022 Equilibrio Datum CGP TZ G-O Rel Perm SGU SGL Krg Krog O-W Rel Perm SWU SWL Krw Kro ZONA DE GAS: Sg = SGU Sw = SWL So = 1 – SWL - SGU ZONA DE PETROLEO: Sg = SGL, usualmente 0 Sw = SWL So = 1 – SWL – SGL ZONA DE AGUA: Sg = SGL, usualmente 0 Sw = SWU So = 1 – SWU – SGL Sg = 0.77 Sw = 0.23 So = 0.77 Sw = 0.23 Sw = 1.00 (Pcow = 0) CAP = NAL TZ Profundidad Presión Schlumberger
  30. 30. Inicialización 30 © Repsol. Desarrollo de Yacimientos. 13/10/2022 Equilibrio Datum Profundidad CGP Pco w Swi = 0.25 So = 0.75 S w (Pcow = 0) CAP = NAL 1. Calcular Pcog y Pcow en las zonas de transición del modelo Sg = 0.77 Sw = 0.23 So = 0.77 Sw = 0.23 Sw = 1.00 2. “Reverse-lookup” Sw a partir de las tablas de Pc y asignacion al centro de las celdas TZ TZ Schlumberger 𝑃 = 𝑃 − 𝑃 𝑃 = 𝑃 − 𝑃
  31. 31. Inicialización 31 © Repsol. Desarrollo de Yacimientos. 13/10/2022 Distribución inicial de fluidos Sgi Presión inicial RESULTADOS: • PORV: 4341 MMBY • LOES: 2128 MMBN • GOES: 2992 MMMPCN
  32. 32. Eventos de pozos 32 © Repsol. Desarrollo de Yacimientos. 13/10/2022
  33. 33. Historia de Producción - Inyección 33 © Repsol. Desarrollo de Yacimientos. 13/10/2022 Revisión de Historia de Producción e inyección Tasa de Gas Tasa de Petróleo
  34. 34. 34 © Repsol. Desarrollo de Yacimientos. 13/10/2022 Definición Sensibilidad e Incertidumbre Incertidumbre: no hay certeza de los valores considerados en el modelo Incertidumbres estáticas afectan los volúmenes originales en sitio: • Topes de los horizontes • Profundidad de los contactos de fluidos • Porosidad • Espesor • NTG Incertidumbres dinámicas afectan tasa de producción y recobro: • Permeabilidad • Saturación de petróleo residual • Viscosidades del petróleo y el agua • Transmisibilidad de fallas Sensibilidad: influencia sobre el resultado al variar un valor Conocer previamente el objetivo y alcance del modelo
  35. 35. 35 © Repsol. Desarrollo de Yacimientos. 13/10/2022 De acuerdo a la etapa del yacimiento Con poca o ninguna historia de producción Identificar variables de incertidumbre y rangos Estimaciones de volumetría y de recobros Yacimientos en etapa inicial Identificar variables de incertidumbre y sus rangos Cotejo Histórico – reducir la incertidumbre Yacimientos en desarrollo Optimización en múltiples escenarios Localización ideal de pozos nuevos Yacimientos Maduros Sensibilidad e Incertidumbre
  36. 36. 36 © Repsol. Desarrollo de Yacimientos. 13/10/2022 FIELD Oil Total Perm1 Perm2 SWCR1 Azimuth NOW2 FAULT_M SWCR2 KV_KH L_FRAC NOW1 FIELD Gas Total FIELD Water Total FIELD Liquid Total FIELD Water Inj. FIELD Avg. Pres. Sensibilidad e Incertidumbre Visualización de resultados Filtrar parámetros que mayor influencia tienen sobre los resultados: Incertidumbres dinámicas Incertidumbres estáticas Incertidumbre Sensibilidad
  37. 37. 37 © Repsol. Desarrollo de Yacimientos. 13/10/2022 Data a cotejar • Presión • RAP (relación agua - petróleo) • RGP (relación gas – petróleo) • RAG (relación agua – gas) • Tiempos de llegada del agua y el gas • Proceso de ajustar el modelo de simulación hasta que éste reproduzca el comportamiento pasado del yacimiento. • Permite determinar la validez o representatividad del modelo de simulación, al comparar la data histórica con la calculada por el modelo. • La exactitud del Cotejo Histórico depende de la calidad del modelo de simulación, y de la calidad y cantidad de data de presión y producción. Cotejo Histórico Definición
  38. 38. 38 © Repsol. Desarrollo de Yacimientos. 13/10/2022 • El Cotejo o ajuste de la Historia es un proceso que consume mucho tiempo. • Se requiere modificación de los datos para lograr la reproducción de los resultados de la historia del yacimiento. • La validez del modelo estático se lleva a cabo comparando comportamientos históricos con los simulados. • El proceso de cotejo permite detectar debilidades en los datos que representan el yacimiento, los cuales pueden corregirse hasta lograr una predicción razonable. • No existe una solución única, el criterio del ingeniero es decisivo. Cotejo Histórico Consideraciones
  39. 39. 39 © Repsol. Desarrollo de Yacimientos. 13/10/2022 Cr K Yacimiento Yacimiento Pozo Pozo Presión Presión Presión Presión K +K +K +Cr +Cr t t t t Cotejo Histórico Efecto de la Cr y K sobre la presión
  40. 40. Cotejo Histórico 40 © Repsol. Desarrollo de Yacimientos. 13/10/2022 Efecto de las Variables de Acuífero Yacimiento Presión t Presión t Pozo t Tasa de agua
  41. 41. Cotejo Histórico 41 © Repsol. Desarrollo de Yacimientos. 13/10/2022 Nw=1.05 Nw=4 Efecto de la curva de Kr Nw=1.05 Nw=4
  42. 42. Cotejo Histórico 42 © Repsol. Desarrollo de Yacimientos. 13/10/2022 Efecto de las propiedades de fluido (PVT) Tasa de Gas Tasa de Petróleo Presión promedio yacimiento Recobro de petróleo
  43. 43. Cotejo Histórico 43 © Repsol. Desarrollo de Yacimientos. 13/10/2022
  44. 44. Cotejo Histórico 44 © Repsol. Desarrollo de Yacimientos. 13/10/2022 • Tratar de cotejar el máximo número de pozos • Buenos productores y con historias largas • Permeabilidad areal o vertical en los bloques donde está ubicado el pozo • Curvas de Krg y/o Kro para el cotejo de la RGP • Curvas de Krw para el cotejo del % AyS Por pozo
  45. 45. Predicciones 45 © Repsol. Desarrollo de Yacimientos. 13/10/2022 Preparación previa. Calibración de índices de productividad
  46. 46. Predicciones 46 © Repsol. Desarrollo de Yacimientos. 13/10/2022 Escenarios, controles y premisas Definición de escenarios a evaluar, con la finalidad de maximizar el recobro y minimizar las inversiones y gastos operativos. • BHP min (mínima presión de fondo por pozo) • Q min (tasa de producción mínima) • RGP máx (máxima relación gas – petróleo) • %AYS máx (corte de agua máximo) • Qi máx (tasa de inyección máxima) • Presión de mantenimiento • Horizonte de Predicción • Caso Base: continuar producción bajo las mismas condiciones en que finaliza el Cotejo Histórico • Caso A: Inyección de agua • Caso B: RARC • Caso C: Agotamiento • Caso D: Inyección de Gas, Nitrógeno • Caso E: Crecimiento Definición de escenarios: Fijar controles y premisas:
  47. 47. Predicciones 47 © Repsol. Desarrollo de Yacimientos. 13/10/2022 Escenarios
  48. 48. Predicciones 48 © Repsol. Desarrollo de Yacimientos. 13/10/2022 Escenarios
  49. 49. Predicciones 49 © Repsol. Desarrollo de Yacimientos. 13/10/2022 Evaluaciones Económicas
  50. 50. Gracias © Repsol. Desarrollo de Yacimientos. 13/10/2022

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