Simulación Numérica de Yacimientos: Principios, Modelos y Aplicaciones

Simulación Numérica de Yacimientos

Es el proceso que permite inferir el comportamiento real del yacimiento a partir del comportamiento de un modelo matemático que lo representa y cuyas ecuaciones se resuelven mediante métodos numéricos.

¿Qué es un Simulador Numérico de Yacimientos?

Es una herramienta utilizada en Ingeniería de Yacimientos, la cual facilita el análisis del yacimiento. Consta de un grupo de programas de computación que, mediante algoritmos específicos, resuelve numéricamente las ecuaciones del modelo matemático y obtiene soluciones aproximadas.

¿Qué es un Modelo Matemático Físico?

Es un conjunto de ecuaciones de conservación de masa y/o energía que se cree describe adecuadamente los procesos que tienen lugar en los sistemas bajo estudio (pozo, yacimiento, campo, etc.).

Modelos de Simulación:

• Modelos Analíticos:
  • Balance de Materiales (EBM).
  • Declinación de Producción.
• Modelos Escalados:
  • Laboratorios.
• Modelos Numéricos:
  • Petróleo.
  • Composicional.
  • Térmicos.
  • Químicos.

¿Qué es un Modelo Numérico de Simulación?

Es un conjunto de programas de computación que usan métodos numéricos para obtener una solución aproximada del modelo matemático. En estos casos, el yacimiento es visualizado como un conjunto de regiones o bloques que representan volúmenes discretos de una malla en que se divide el yacimiento.

¿Por qué son Necesarios los Métodos Numéricos?

1. Heterogeneidades del yacimiento (permeabilidad K, porosidad ∅ variables y geometría irregular).
2. No linealidades de permeabilidad relativa y presión capilar con relación a saturaciones.
3. No linealidades en las propiedades PVT de fluidos como función de presión, composición y temperatura. Dada la gran cantidad de cálculos asociados con la solución, el uso de computadoras es imprescindible.

y dirección del flujo de fluidos.

Principios de la Simulación de Yacimientos:

• Se basa en el principio de balance de materiales.
• Toma en cuenta la heterogeneidad del yacimiento.
• Toma en cuenta las localizaciones de los pozos productores e inyectores y sus condiciones operacionales a condiciones especificadas.
• Se pueden prefijar las tasas o las presiones de fondo o ambas.
• El yacimiento se divide en múltiples celdas o bloques.
• Los cálculos se efectúan para las fases de petróleo, gas y agua a intervalos discretos.

¿Cuándo y Por qué Debería ser Usada la Simulación?

• Evaluar diferentes escenarios de producción de manera rápida y a bajos costos.
• Modelar con mayor precisión el flujo de fluidos en un modelo geológico realista.
• Modelar variedad de técnicas de recobro.
• Proporcionar credibilidad y objetividad durante el monitoreo del yacimiento.
• Es reconocido por bancos y organizaciones como soporte para decisiones de inversiones.
• En muchos países del mundo, la simulación es un requerimiento del MEM (Ministerio de Energía y Minas).

Aplicaciones más Comunes de la Simulación:

• Planificación de Escenarios de Desarrollo.
• Esquema de Producción y Estimación de Reservas.
• Seguimiento de yacimientos.
• Distribución de Producción.

Ventajas y Desventajas de la Simulación:

• Es una buena herramienta de Ingeniería de Yacimientos, pero requiere buen juicio de ingeniería para utilizarla adecuadamente.
• Puede ser utilizada para resolver problemas que no pueden ser resueltos de ninguna otra forma.
• El simulador calcula-avanza temporalmente en pasos de tiempo discretos y puede ser evaluado a cualquier tiempo.
• El modelo de Balance de Materiales usa datos promedios, es decir, ignora la variación espacial y la anisotropía. La simulación considera la variación de las propiedades de los fluidos y de la roca en el espacio.
• Se pueden definir y evaluar diferentes escenarios de explotación de yacimiento variando diferentes variables para determinar condiciones óptimas de operación.
• El efecto de la incertidumbre en la descripción del yacimiento puede ser probado con sensibilidades.
• Se requiere un gran conocimiento del área a estudiar.
• La simulación genera soluciones aproximadas.

Preguntas que se Pueden Responder con la Simulación:

• ¿Número de pozos inyectores, inyección por arreglos o periférica, tasas de inyección y producción? ¿Cómo y cuándo debe ser implementado el proyecto?
• ¿Por qué no se está comportando el yacimiento como se había pronosticado anteriormente? ¿Qué se puede hacer para mejorarlo?
• ¿Qué tipo de datos de laboratorio se necesitan? ¿Qué tan sensibles son las predicciones a los datos?
• ¿Cuál es el mejor esquema de recuperación adicional de pozos?

Disciplinas que Involucran a la Simulación:

Geología, Petrofísica, Ingeniería de Yacimientos, Geofísica.

Información que Requiere la Simulación:

Descripción Estática que Requiere el Yacimiento:

• La construcción de un modelo geométrico que represente al yacimiento en bloques que represente un mallado.
• Para cada bloque de la construcción de la malla de simulación se deben proporcionar datos de elevación, dimensiones, porosidad, permeabilidades y espesores.

Datos PVT y de la Roca:

• Proporciona información de fluidos como viscosidad, gravedad específica, densidades relacionadas con el gas-petróleo/petróleo-gas y compresibilidad de roca y fluidos.
• Proporciona información de permeabilidades relativas y presiones capilares.

Datos de Inicialización:

• Contacto de los fluidos, presión y profundidad de referencia.

Perforación y Datos de Completación del Pozo:

• Definir localizaciones y perforaciones, tasas de producción/inyección por pozo y por grupo, data adicional como daño (skin factor), radio del pozo, controles, etc.

¿Qué es un Estudio Integrado de Yacimientos?

Es un análisis multidisciplinario e interpretativo de un yacimiento, como una unidad geológica e hidráulica integral, con el fin de describir su naturaleza y geometría; evaluar y cuantificar propiedades de las rocas y los fluidos y definir la distribución y volúmenes de hidrocarburos recuperables, integrando aspectos estructurales, estratigráficos, sedimentológicos, petrofísicos y de fluidos, en un modelo único que permita establecer un plan de explotación que garantice la recuperación económica de sus reservas.

¿Qué es un Modelo Estático?

Es la representación de los parámetros de ubicación, distribución, forma y variaciones internas de los elementos litológicos y fluidos en condiciones originales del yacimiento.

Modelos de un Estudio Integrado:

• Modelo Estructural.
• Modelo Sedimentológico.
• Modelo Estratigráfico.
• Modelo Geoestadístico.