Simulación numérica de yacimientos de petróleo. La Importancia de la tecnología en la explotación de hidrocarburos

La simulación numérica de yacimientos de petróleo puede definirse como el arte de pronosticar el comportamiento o funcionamiento de un yacimiento geológico de hidrocarburos de donde se obtiene producción en condiciones probables y presumibles.

Como un arte que trata con las condiciones físicas existentes en la naturaleza, la ingeniera de yacimientos de petróleo tiene en cuenta muchos principios científicos.

Además, el ingeniero que hace la predicción deberá copilar y entender la información obtenida por sus colegas – el geólogo de petróleos y el petrógrafo sedimentario – sobre la clase de roca reservorio, composición mineral, clasificación textural y granular, y otras propiedades características de la roca, como porosidad y permeabilidad.

El ingeniero también debe entender la complejidad existente al considerar el yacimiento en su totalidad, tal como el tipo de trampa geológica que retiene al petróleo, si la trampa es estructural o estratigráfica, la extensión lateral de la roca reservorio, su proceso de deposición, posibles afloramientos por donde aguas meteóricas pueden infiltrarse, probable buzamiento, el nivel freático, cierre estructural, etc.

En las primeras etapas de la simulación numérica de yacimientos de petróleo, el geólogo no puede obtener mucha de esta información y entonces debe recurrir a uno de sus colegas, el geofísico, quien puede informarle sobre la probable extensión del cierre estructural.

Indiscutiblemente, el ingeniero de yacimientos estudiará también mediciones geofísicas del pozo, perfiles eléctricos y nucleares, registros de temperatura y de calibración e inclusive registros del lodo de perforación y del tiempo de perforación. Debido al alto costo e incertidumbres de las pruebas de núcleos, los perfiles y registros anteriormente mencionados constituyen una gran fuente de información fidedigna a y relativamente económica.

A las temperaturas y presiones anormales que se encuentran hoy día en pozos de gran profundidad, los fluidos en el yacimiento se comportan en forma rara e inesperada. Para pronosticar correctamente el funcionamiento de un yacimiento se deben conocer la temperatura y presión del yacimiento, junto con el comportamiento del gas, petróleo y agua a las condiciones del mismo.

En general, los hidrocarburos en un yacimiento pueden encontrarse en uno de los siguientes estados físicos: petróleo subsaturado, petróleo saturado, destilado y gas seco. Cada uno de ellos requiere un método diferente de producción para alcanzar su máxima recuperación.

Actualmente se reconocen cuatro fuentes de energía para expulsar los fluidos del yacimiento por sus propios medios :

1. Empuje por energía externa de una carga hidrostática, como en el caso de aguas marginales y de fondo. Expansión de la capa de gas también se considera como fuente externa de energía.

2. Empuje por energía interna proveniente del gas disuelto en el petróleo.

3. Energía potencial debido a la acción de fuerzas que actúan sobre cuerpos, como la atracción gravitacional, resultantes por la diferencia en densidades de los fluidos en el yacimiento.

4. Energía superficial debida a fuerzas capilares.

Como en muchas otras artes en que se trabaja con las complejidades de un medio natural, a veces. es conveniente sustituir una medida de una propiedad volumétrica por propiedades específicas microscópicas, aunque las propiedades componentes estén sujetas a pruebas físicas. Éste es el caso, por ejemplo, en el estudio de fuerzas capilares, las cuales dependen de la textura de la roca, humectabilidad, grado de saturación y tensión interfacial.

Un notable adelanto en ingeniería de yacimientos en los últimos años ha sido la determinación de presión, capilar a partir de pruebas de núcleos, lo cual permite que se incluyan los factores mencionados en una sola prueba. 

Con las ecuaciones matemáticas mencionadas anteriormente, el ingeniero puede pronosticar el funcionamiento con suficiente precisión en cada uno de los tres procesos fundamentales de producción:

1. Empuje frontal por agua o gas.

2. Empuje por gas en solución, empuje interno de gas o depleción.

3. Empuje por segregación o por gravedad.

En realidad, la producción se obtiene generalmente por la combinación, en diferentes proporciones, de dos o tres de los procesos mencionados. Por consiguiente, se debe determinar la importancia relativa de cada proceso por medio de los índices de desplazamiento (índices de empuje). Con tal fin se usan métodos analíticos, que pueden incluir análisis estadísticos de los datos de producción.

Éste es el plan general de la simulación numérica de yacimientos de petróleo, un tema que se puede decir ha llegado a mayor edad en los últimos años.

Autor: José Luis Vázquez, profesor del Máster en Petróleo y Gas: Prospección, Transformación y Gestión y del Curso de Explotación del Petróleo y el Gas: Sistemas de Exploración y Extracción de Hidrocarburos