RESERVORIOS POR EMPUJE DE AGUA 1. INTR INTROD ODUC UCCI CIÓN ÓN En este este tema tema desarr desarroll ollare aremos mos los reserv reservori orios os por por empuje empuje de agua, agua, ue ue son son !onsiderados importantes en la industria petrolera" Al ser un me!anismo natural de produ!!i#n, produ!!i#n, esto representa representa un aporte !onside !onsidera$l ra$le e en la optimi% optimi%a!i# a!i#n n de re!ursos re!ursos e!onomi!os e!onomi!os para el pro!eso pro!eso de e&plota!i#n" 'am$i(n m$i(n men!iona men!ionaremo remos s los di)eren di)erentes tes tipos tipos de este tipo de reservo reservorios rios ue e&isten, asi !omo los !orrespondientes empujes de agua"
Yacimiento Yacimiento Un *a!imiento de petr#leo puede de)inirse !omo un volumen poroso ue !ontiene agua, petr#leo * a ve!es una )ase gaseosa" +a propor!i#n volum(tri!a del petr#leo puede al!an%ar a ve!es el -." El medio poroso del *a!imiento o ro!a alma!(n es de origen sedimentario de tipo arenis!a o !ali%a, !onsolidado !onsolidado o no" El di/metro de poro var0a ampliamente seg1n la ro!a, pero es de tama2o mi!ros!#pi!o, desde algunas )ra!!iones de mil0metro a algunas mi!r#metros" 3ada medio tiene sus !ara !ara!te !teris risti! ti!as as44 porosidad, el por! por!en enta taje je de medio poroso poroso tiene volumen va!0o ; permeabilidad, una medida de la resisten!ia resisten!ia al movimiento de los )luidos5 moja$ilidad, una medida de la naturale%a super)i!ial de la ro!a" De$ido a su origen sedimentario, el medio poroso del *a!imiento es a menudo 6eterog(neo, !omo !onse!uen!ia de las varia!iones o!urridas durante el largo pro!eso de sedimenta!i#n ue )orm# la ro!a" Estas 6eterogeneidades pueden e&istir a la es!ala de los poros o $ien a la es!ala ma!ros!#pi!a en )orma %onas mu* o po!o po!o permea$ permea$les les,, * eventua eventualmen lmente te de grietas" grietas" +as 6eterog 6eterogene eneida idades des !ompli!a !ompli!an n las opera!io opera!iones nes de produ!!i produ!!i#n #n porue porue tienden tienden a produ!ir produ!ir !aminos !aminos pre)eren!iales * segrega!iones"
Fenómenos a la escala del yacimiento +a ma*or0a de los *a!imientos presentan 6eterogeneidades, esde!ir %onas de menor o ma*or permea$ilidad" En !iertos !asos pueden in!luso presentarse )ra!turas o grietas" En todos !asos, los )luidos tienen tenden!ia en pasar por la v0a de menor p(rdida de !arga, ue son las )ra!turas o las %onas m/s permea$les" El )luido de in*e!!i#n 78 # 8 !on aditivos9 tiene por lo tanto tenden!ia en pasar en las %onas m/s permea$les * en no penetrar en las dem/s"
. O!"#TI$O% .1. O!"#TI$O &#N#R'( 3ono!er el me!anismo de produ!!i#n natural, ue !orresponde a un reservorio !on empuje de agua"
..
O!"#TI$O% #%)#C*FICO%
Determinar las !ara!ter0sti!as de un reservorio por empuje de agua Identi)i!ar la !lasi)i!a!i#n para reservorios de este tipo Desarrollar los me!anismos de empuje de agua ue e&isten 3ono!er los me!anismos de re!upera!i#n se!undaria por in*e!!i#n de agua
+. ,'RCO T#ÓRICO CONDICION#% D# #-)(OT'CIÓN +a produ!!i#n de petr#leo involu!ra dos aspe!tos" El primero es la produ!!i#n 1ltima posi$le en )un!i#n de las t(!ni!as empleadas, * el segundo es el ritmo de produ!!i#n de a!uerdo !on el !omportamiento de los po%os * de los di)erentes m(todos de estimula!i#n apli!a$les 7)ra!tura!i#n, a!idi)i!a!i#n, in*e!!i#n de vapor9" 'radi!ionalmente se 6a!e la distin!i#n entre dos per0odos durante la e&plota!i#n de un *a!imiento4 la recperación primaria * la recperación secndaria" Desde el aumento del pre!io del petr#leo al prin!ipio de los a2os :-, se !onsidera
adem/s una eventual recperación terciaria, *;o una re!upera!i#n 7se!undaria9 mejorada"
+.1.
R#CU)#R'CIÓN )RI,'RI'
Durante este per0odo, el petr#leo se drena naturalmente 6a!ia los po%os $ajo el e)e!to del gradiente de presi#n e&istente entre el )ondo de los po%os * el seno del *a!imiento" Este gradiente es mu!6as ve!es de$ido a los a!u0)eros del reservorio" En mu!6os *a!imientos pro)undos la presi#n es ma*or ue la presi#n 6idrost/ti!a, lo ue 6a!e ue el petr#leo llegue a la super)i!ie !on el solo aporte energ(ti!o del *a!imiento" A medida ue se e&panden los )luidos en el *a!imiento, la presi#n tiende a $ajar en )orma m/s o menos r/pida seg1n los me!anismos involu!rados" En !iertos !asos, puede e&istir un me!anismo de !ompensa!i#n natural ue redu%!a nota$lemente la velo!idad de de!aimiento de la presi#n, !omo la !ompa!ta!i#n de sedimento 7su$siden!ia9, la migra!i#n de un a!u0)ero a!tivo o la lenta e&pansi#n de una $olsa de gas" El per0odo de re!upera!i#n primaria tiene una dura!i#n varia$le, pero siempre se lleva a !a$o, *a ue permite re!oger numerosas in)orma!iones so$re el !omportamiento del *a!imiento, las !uales son de primera importan!ia para la plani)i!a!i#n de la e&plota!i#n ulterior" +a re!upera!i#n primaria se termina !uando la presi#n del *a!imiento 6a $ajado demasiado, o !uando se est/n produ!iendo !antidades demasiado importantes de otros )luidos 7gas, agua9" El por!entaje de re!upera!i#n primaria del !rudo originalmente en sitio es en promedio del orden de <-=<>. pero puede ser tan $ajo !omo >. en *a!imientos sin gas disuelto o al!an%ar ?-. * a1n mas en *a!imientos ue poseen una $aja permea$ilidad * una $olsa de gas o un a!u0)ero a!tivo" Anta2o se e&plota$a el *a!imiento en re!upera!i#n primaria 6asta ue los gastos de e&plota!i#n se vuelvan pro6i$itivos, en !u*o momento se pasa$a a los m(todos de re!upera!i#n se!undaria" @o* en d0a se ini!ian las opera!iones de
re!upera!i#n se!undaria mu!6o antes de llegar a este punto, * la es!ogen!ia del m(todo de e&plota!i#n en un *a!imiento o en una parte de un *a!imiento o$ede!e a !riterios de optimi%a!i#n"
+.1.1. R#%#R$ORIO% )OR #,)U"# D# '&U' En este tipo de reservorio no e&iste !apa de gas, por lo tanto la presi#n ini!ial es ma*or ue la presi#n del punto de $ur$uja" 3uando la presi#n se redu!e de$ido a la produ!!i#n de )luidos, se !rea un di)eren!ial de presi#n a trav(s del !onta!to agua=petr#leo" Mu!6os a!imientos, *a sean de gas o !rudo son produ!idos por un me!anismo denominado Bempuje de aguaC" 'am$i(n llamado empuje natural de agua para distinguirlo del empuje arti)i!ial de agua en el !ual est/ presente la in*e!!i#n de agua en la )orma!i#n" +a produ!!i#n de 6idro!ar$uros desde el *a!imiento o!asiona una r/pida !a0da de presi#n, ante esto el a!u0)ero responde para !ompensar esta de!lina!i#n" Esta respuesta se presenta mediante el )lujo de agua"
Un *a!imiento !on empuje de agua tiene una !one&i#n 6idr/uli!a entre el *a!imiento * una ro!a porosa saturada !on agua denominada a!u0)ero, ue puede estar por de$ajo de todo el *a!imiento o de parte de (l"
El agua en un a!u0)ero est/ !omprimida pero a medida ue la presi#n del *a!imiento se redu!e de$ido a la produ!!i#n de petr#leo, se e&pande * !rea una invasi#n natural de agua en el l0mite *a!imiento=a!u0)ero"
3uando (ste es mu* grande * !ontiene su)i!iente energ0a, todo el *a!imiento puede ser invadido por esa agua, en algunos *a!imientos de empuje 6idr/uli!o se pueden o$tener e)i!ien!ias de re!o$ro entre un - * un >-. del petr#leo original in situ 7poes9"
En algunos !asos el a!u0)ero es rea$aste!ido por aguas desde la super)i!ie, por lo ue la a)luen!ia no es enteramente o$ra de la e&pansi#n" El empuje de agua puede pro!eder del )lan!o o de m/s a$ajo del *a!imiento"
+a )igura muestra la !urva de presi#n respe!to al tiempo para un *a!imiento t0pi!o $ajo empuje de agua"
3onta!to agua=petr#leo en un *a!imiento, !u*o me!anismo preponderante de produ!!i#n ser/ el a!u0)ero, si es lo su)i!ientemente a!tivo"
El e)e!to del deseuili$rio en el !onta!to agua=petr#leo 6a!e ue el agua )orme un !ono alrededor del )ondo del po%o * o$sta!uli!e par!ial o totalmente la produ!!i#n de petr#leo"
Dependiendo de la )orma !omo ingresa el agua al reservorio de petr#leo, los reservorios por empuje de agua se denominan4
1. Reser/orios por emp0e de ondo, en la !ual la )orma!i#n es usualmente de gran espesor !on su)i!iente permea$ilidad verti!al, tal ue el agua puede moverse verti!almente" En este tipo de reservorios la !oni)i!a!i#n puede !onvertirse en un gran pro$lema"
. Reser/orios por emp0e lateral, en la !ual el agua se mueve 6a!ia el reservorio desde los lados" Este me!anismo se !lasi)i!a en4
1. #mp0e De '2a erte3 Este me!anismo e&iste solo donde el a!u)ero es de !alidad igual o ma*or ue el *a!imiento * tiene un volumen al menos <- ve!es ma*or al del *a!imiento o estF !one!tada a una re!arga super)i!ial" Este tipo de empuje es mu!6o mFs e)e!tivo en *a!imientos de petrleo ue de gas"
.#mp0e De '2a )arcial3 Este tipo de empuje resulta donde un a!u)ero tiene una !alidad m/s $aja en terminos de geometra de poros o tiene un volumen limitado, * se produ!e una e&pansin limitada de agua" 3uando disminu*e el aporte de agua, la tasa de produ!!in de @idro!ar$uros !ae mFsrapido ue en un *a!imiento !on )uerte empuje de agua * se redu!e el re!o$ro"
Algunos indi!adores para determinar la presen!ia de un empuje de agua son4
a. El 6idro!ar$uro 7petr#leo o gas9 esta rodeado por agua" b. De$e e&istir su)i!iente permea$ilidad para permitir el movimiento del agua 7por lo menos >- md9" c. A medida ue el tiempo trans!urre, la produ!!i#n de agua in!rementa" d. El m(todo de $alan!e de materiales es el mejor indi!ador"
,4todo de balance de materiales +a e!ua!i#n de $alan!e de materiales 7EHM9 Se $asa en la le* de !onserva!i#n de la materia, ue esta$le!e ue la masa de un sistema !errado permane!e siempre !onstante"
+..
R#CU)#R'CIÓN %#CUND'RI'
+os m(todos de re!upera!i#n se!undarios !onsisten en in*e!tar dentro del *a!imiento un )luido menos !ostoso ue el petr#leo para mantener un gradiente de presi#n" Estos )luidos se in*e!tan por !iertos po%os 7in*e!tores9, * despla%an o arrastran una parte del petr#leo 6a!ia los otros po%os 7produ!tores9" @asta el prin!ipio de los a2os :-, el $ajo pre!io del !rudo 6a!0a ue los 1ni!os )luidos su!epti$les de in*e!tarse e!on#mi!amente eran el agua, * en !iertos !asos el gas natural" El drenaje por agua permite elevar la re!upera!i#n del a!eite originalmente en sitio 6asta un promedio de ?>=-., !on varia!iones desde <> 6asta -. seg1n los !asos"
+..1. INY#CCIÓN D# '&U' Este !onsiste en in*e!tar agua por de$ajo de la !apa de petr#leo o in*e!tar gas por en!ima de la misma o en algunos !asos am$as, de manera tal ue )un!ione !omo un me!anismo de despla%amiento * mantenga la presi#n"
Caracter5sticas 6e de/4n de tener las a2as de inyección3
#l a2a no debe ser corrosi/a " El sul)uro de 6idr#geno * el o&0geno son dos )uentes !omunes de pro$lemas de !orrosi#n"
#l a2a no debe depositar minerales ba0o condiciones de operación. El en!ostramiento 7S!ale9 se puede )ormar de la me%!la de aguas in!ompati$les o de$ido a !am$ios )0si!os ue !ausan ue el agua se !onvierta en s1per saturada" El en!ostramiento mineral depositado por el agua usualmente !onsiste de uno o m/s de los siguientes !ompuestos u0mi!os4 HaSO, SrSO, 3aSO ?@?O, 3a3O, Mg3O, eS * e?S" El en!ostramiento mineral dentro del sistema de in*e!!i#n no solo redu!e la !apa!idad de )lujo sino tam$i(n propor!iona un medio para ue o!urra !orrosi#n"
#l a2a no debe contener sólidos sspendidos o l56idos en siciente cantidad para casar taponamiento de los po7os de inyección. +os materiales ue pueden estar presentes !omo material suspendido son los !ompuestos ue )orman en!ostramiento tal !omo los men!ionados en el punto anterior, limo, petr#leo, mi!roorganismos * otro material org/ni!o"
#l a2a inyectada no debe reaccionar para casar 8inc8amiento de los minerales arcillosos presentes en la ormación. +a importan!ia de esta !onsidera!i#n depende de la !antidad * tipo de minerales ar!illosos presentes en la )orma!i#n, as0 !omo de las sales minerales disueltas en el agua in*e!tada * permea$ilidad de la ro!a"
(a salmera debe ser compatible con el a2a presente inicialmente en la ormación. El agua produ!ida e in*e!tada de$e ser
manipulada
separadamente,
si
no
son
!ompletamente
!ompati$les"
+.+.
R#CU)#R'CIÓN T#RCI'RI' Y9O ,#"OR'D'
Despu(s de las re!upera!iones primaria * se!undaria, el *a!imiento !ontiene todav0a K-=L-. 7promedio :?.9 del !rudo originalmente en sitio" Esto se de$e a ue la e)i!ien!ia de los m(todos de re!upera!i#n primaria * se!undaria est/ limitada por dos )a!tores4
= A la es!ala de los poros, el !rudo al!an%a una satura!i#n residual su)i!ientemente $aja para en!ontrarse en )orma de gl#$ulos dis!ont0nuos, atrapados por las )uer%as !apilares" = A la es!ala del *a!imiento e&isten !iertas %onas en las !uales el )luido in*e!tado durante la re!upera!i#n se!undaria no penetra, por la $aja permea$ilidad de estas %onas, porue siguen !aminos pre)eren!iales, o porue la geometr0a de implanta!i#n de los po%os no es )avora$le" 3on el aumento del pre!io del !rudo en la d(!ada de los :-, *a se volv0o e!on#mi!o in*e!tar otra !osa ue agua !on el prop#sito de aumentar la re!upera!i#n )inal * se reali%aron numerosas investiga!iones en este sentido" Entre los m(todos !u*o prop#sito es mejorar la e)i!ien!ia del despla%amiento mediante una redu!!i#n de las )uer%as !apilares, se pueden !itar la utili%a!i#n de solventes mis!i$les !on el !rudo * la o$ten!i#n de $aja tensi#n inter)a!ial !on solu!iones de sur)a!tantes o solu!iones al!alinas" Para mejorar la e)i!ien!ia de $arrido se puede redu!ir la vis!osidad del !rudo mediante !alentamiento, aumentar la vis!osidad del agua !on polimeros 6idrosolu$les, o taponar los !aminos pre)eren!iales por ejemplo !on espumas" +os m(todos a!tualmente propuestos para la re!upera!i#n mejorada involu!ran uno o varios de estos aspe!tos" En lo ue se re)iere a la utili%a!i#n de sur)a!tantes, se desta!an los siguientes4 = Drenaje mis!i$le !on mi!roemulsiones = Drenaje inmis!i$le !on solu!iones de sur)a!tantes * pol0meros 7* a ve!es al!ali9 = In*e!!i#n de vapor !on sur)a!tante espumas
