INGENERIA DE YACIMIENTOS

Ingeniera de Yacimientos

La Ingeniería de Yacimientos es un área de la petrología encargada del estudio de los sistemas roca-fluido que forman las reservas de petróleo o gas y sus propiedades, en relación con la cantidad y la maximización en su extracción.

Objetivos Finales de la Ingeniería de Yacimientos son los siguientes:

  • Estimar las reservas o volúmenes de crudo recuperable. 
  • Predecir el comportamiento del yacimiento. 
En el siguiente esquema se señalan las diversas fases y funciones intermedias para lograr los objetivos antes señalados:

Funciones de la Ingeniería de Yacimientos

La Geología de Petróleo

La geología del petróleo es una aplicación especializada de la Geología que estudia todos los aspectos relacionados con la formación de yacimientos petrolíferos y su prospección. Entre sus objetivos están la localización de posibles yacimientos, caracterizar su geometría espacial y la estimación de sus reservas potenciales.

En la geología del petróleo se combinan diversos métodos o técnicas exploratorias para seleccionar las mejores oportunidades para encontrar hidrocarburos (petróleo y gas).

Entre las funciones del Geólogo Petrolero se tienen:
  1. Determinación de pozos exploratorios. 
  2. Estudios previos a la perforación. 
  3. Seguimiento de las muestras después de perforar. 
  4. Generar modelos estructurales, sedimentológicos y estratigráficos para la ubicación de nuevos prospectos. 
  5. Correlaciones estratigráficas (Estudios Integrados de Yacimientos). 
  6. Interpretación cuantitativa/cualitativa de Registros de Pozos. 
  7. Cambios en programas de perforación. 
  8. Reconocimiento de topes de unidades geológicas. 

La Exploración petrolera

Es el término utilizado en la industria petrolera para designar la búsqueda de petróleo o gas.

Objetivos de la Exploración Petrolera

  • La exploración petrolera tiene como objetivo primordial la búsqueda y reconocimiento de estructuras geológicas (trampas) en las cuales pudieran haberse acumulado los hidrocarburos. 
  • La exploración se apoya en métodos que aportan la geología, la geofísica y la geoquímica. 
  • Con la información recolectada, los especialistas elaboran diferentes tipos de mapas de la zona examinada. 
  • Sirven para decidir donde conviene realizar la perforación de los pozos exploratorios, con los cuales se busca confirmar el modelo geológico y la existencia o no de hidrocarburos en dichas estructuras. 
  • Una vez confirmada la presencia de hidrocarburos, se realizan las estimaciones de sus volúmenes de hidrocarburos presentes.

ETAPAS DE LA EXPLORACIÓN PETROLERA

a.- Identificación de áreas de interés

Con esta etapa se inicia la exploración en una región virgen o desconocida.Se trata de una fase preliminar en la que se utilizan métodos indirectos como la geología de superficie (se toman muestras de rocas) o geología de campo, reconocimiento desde el aire (radares y métodos aeromagnéticos y aerogravimétricos) y espacio, geoquímica y geofísica. Esta fase permite identificar áreas con características favorables a la existencia de hidrocarburos en el subsuelo.

b.- Detección de trampas

Cuando ya se detectó el área de interés, se procede a identificar las trampas o estructuras que pudieran contener petróleo.Para esta fase se utilizan métodos geofísicos de alta tecnología como la sísmica tridimensional (3D) y métodos avanzados de visualización e interpretación de datos.

En esta etapa se definen en forma detalla las trampas de hidrocarburos (denominadas prospectos) y se jerarquizan según las reservas estimadas y su potencial valor económico.

c.- Verificación de la acumulación.

Cuando se han identificado los prospectos, se decide dónde perforar los pozos exploratorios, único medio seguro de comprobar si realmente hay petróleo. Durante esta etapa, el geólogo extrae la información de los fragmentos de roca cortados por la mecha (ripios) detectando estratos (capas) potencialmente productores. La perforación exploratoria es una operación muy costosa y de alto riesgo, tanto por la interpretación geológica, la pericia y el tiempo requeridos, como por los riesgos operacionales que implica. Estadísticamente, de cada diez pozos exploratorios que se perforan en el mundo, sólo tres resultan descubridores de yacimientos.

Métodos de Exploración Petrolera

a.- Métodos Geofísicos

  • Sísmica de reflexión. 
  • Gravimétrico. 
  • Magnético. 
  • Registros Geofísicos. 
  • Geoquímicos. 

b.- Método Geológico.

c.- Exploración Área y Espacial.

d.- Sondeo Estructural.

ADQUISICIÓN DE INFORMACIÓN GEOLOGICA ANTES DE LA PERFORACIÓN

Exploración previa a la perforación (EN SUPERFICIE)

La secuencia exploratoria se inicia con el estudio de la información geológica de las formaciones y las estructuras presentes, para detectar el potencial de las rocas presentes en la zona de estudio para producir, almacenar y servir de trampas a los hidrocarburos.

Exploración Geofísica

Método Sísmico

La Sísmica de Reflexión, Consiste en provocar mediante una fuente de energía, un frente de ondas elásticas que viajan por el subsuelo y se reflejan en las interfaces por los distintos estratos. En la superficie se colocan aparatos de alta sensibilidad llamados geófonos, los cuales van unidos entre sí, por cables y conectados a una estación receptora. Allí mediante equipos especiales de cómputo, se van generando mapas del interior de la tierra. Se pueden medir el tiempo transcurrido entre el momento de la explosión y la llegada de las ondas relejadas, pudiéndose determinar así la posición de los estratos y su profundidad, descubriendo la ubicación de los anticlinales favorables para la acumulación de petróleo.

Gravimetría 

Las medidas gravimétricas en exploración son representación de anomalías en las que entran la densidad de los diferentes tipos de rocas: sedimentos no consolidados, areniscas, sal gema, calizas, granito, etc.

El instrumento llamado gravímetro consta de una masa metálica que, suspendida de un resorte, registra la elongación del resorte debido a la atracción producida por lo denso de la masa de las rocas subterráneas. Los valores obtenidos en cada estación son registrados en un mapa de la zona y posteriormente analizados.

Magnetometría

Se basa en la detección de las propiedades magnéticas de las rocas, debido a la fuerza de atracción que tiene el campo magnético de la tierra.

El levantamiento magnetométrico se hace tomando medidas de gammas en sitios dispuestos sobre el terreno.

El método consiste en ir tomando cuidadosas lecturas en el área a explorar, que luego son llevadas a un mapa de la región y analizadas por el geofísico para verificar si existe suficiente variación en las lecturas para indicar la existencia de una estructura. El magnetómetro se ha utilizado ventajosamente para detectar estructuras, fallas e intrusiones.

EXPLORACIÓN AÉREA Y ESPACIAL:

  1. Es una técnica de la fotografía panorámica practicada desde aviones, cometas y globos aerostáticos. 
  2. El avión se utiliza ventajosamente para cubrir grandes extensiones en poco tiempo y obtener, mediante la fotografía aérea, mapas generales que facilitan la selección de áreas determinadas que luego podrían ser objeto de estudios más minuciosos. 
  3. La combinación del avión y la fotografía permite retratar y tener una vista panorámica de la topografía. 
  4. En la actualidad, en algunas zonas o áreas de yacimientos, se recurre a la implementación y utilización de imágenes satelitales. 
  5. El sistema, básicamente, permite la obtención de cartografía de alta precisión en diferentes escalas y combinaciones de bandas, a partir de composiciones de mapas. 
  6. La aplicación de tal tecnología permite evitar daños inútiles sobre el terreno, efectivizando al máximo el trazado de caminos y picadas de prospección sísmica. 

ADQUISICIÓN DE INFORMACIÓN GEOLÓGICA Y DE INGENIERÍA DE YACIMIENTOS DURANTE LA PERFORACIÓN

Exploración durante la perforación (en el subsuelo)

El primer pozo que se perfora en un área geológicamente inexplorada, se denomina POZO EXPLORATORIO cuyo propósito es saber si realmente hay petróleo en el sitio donde la investigación geológica propone que se podría localizar un depósito de hidrocarburos.

Su objetivo es confirmar el modelo geológico de las estructuras determinadas mediante métodos geofísicos y la existencia o no de hidrocarburos en dichas estructuras.

Después de la perforación de un pozo exploratorio en un área inexplorada que resulta productor, se perforan los pozos de avanzada con el objetivo principal de establecer los límites del yacimiento.

Durante la perforación de los pozos se suele adquirir información acerca de las características de las formaciones que se van atravesando, se recuperan muestras de roca del subsuelo y se toman algunos registros especiales del pozo, los cuales son analizados para determinar el potencial de la formación y localizar los intervalos que pueden almacenar hidrocarburos.

Las pruebas en pozos exploratorios revisten gran importancia, por cuanto los resultados de las mismas al integrarlos con la información geológica y sísmica, pueden ser indicativos de la comercialidad del campo.

Métodos Directos:

A.- Exploración Geológica.

Esto se puede hacer de forma directa mediante la toma de muestras de roca o núcleos, en las cuales se pueden realizar medidas directas de las características petrofísicas de la formación.

1.- Muestras de Roca (Recortes y Núcleos).

Las muestras de roca se obtienen en la superficie en afloramientos, de los cedazos por donde pasa el lodo de perforación al salir del pozo, o en el subsuelo, por medio de operaciones de corte de núcleos. En la siguiente Figura, se muestran los puntos más comunes de muestreo de roca de los yacimientos de hidrocarburos.

 
Puntos de muestreo de roca de los yacimientos

2.- Análisis PVT.

Los análisis PVT es un conjunto de pruebas que se hacen en el laboratorio para determinar las propiedades y su variación con la presión de los fluidos de un yacimiento petrolífero, con la finalidad de conocer el comportamiento del mismo. La información necesaria para caracterizar la columna de hidrocarburo en un yacimiento es suministrada de los informes PVT, entre ellos se tiene:

  1. Gravedad API del crudo. 
  2. Presión de Saturación. 
  3. Compresibilidad del Petróleo. 
  4. Factor volumétrico de formación del petróleo en función de la presión Bo(P). 
  5. Densidad del petróleo en función de la presión ρo(P). 
  6. Relación gas-petróleo en solución Rs(P), entre otros. 

B.- Exploración Geoquímica.

El análisis químico de muestras del suelo, con el propósito de detectar la presencia de hidrocarburos, ha sido empleado como herramienta de exploración:

  • Ayudan a determinar el periodo geológico en el cual se originaron los hidrocarburos.
  • Identificar las prolongaciones de los yacimientos.
  • Selección de áreas de interés para llevar a cabo la perforación.
  • Investiga la presencia de hidrocarburos químicamente identificables que se encuentren en superficie o cerca de la misma o los cambios inducidos por la presencia de esos hidrocarburos en el suelo, con la finalidad de localizar las acumulaciones en el subsuelo que le dieron origen.

Métodos Indirectos:

Existen, además, métodos indirectos que nos pueden llevar a inferir las características de las formaciones, entre estos métodos se encuentran los registros eléctricos y las pruebas de formación.

1.- Registros Geofísicos de Pozos

Los registros geofísicos son de las herramientas más útiles y poderosas en la obtención de información geológica y petrofísica necesaria para el proceso de caracterización de los yacimientos. Los principales parámetros geológicos y petrofísicos necesarios en la evaluación de los yacimientos, son: litología, porosidad, saturación de hidrocarburos, espesores de capas permeables y la permeabilidad. Estos parámetros pueden ser inferidos de los registros radioactivos, eléctricos, nucleares y acústicos.

2.- Pruebas de Formación

En cuanto a las pruebas de formación, estas son útiles para estimar parámetros tales como: presión de la formación, permeabilidad, daño de la formación. Éstos son útiles para definir la productividad de un pozo.

Un DST es un procedimiento para realizar pruebas en la formación a través de la tubería de perforación, el cual permite registrar la presión y temperatura de fondo y evaluar parámetros fundamentales para la caracterización adecuada del yacimiento. También se obtienen muestras de los fluidos presentes a condiciones de superficie, fondo y a diferentes profundidades para la determinación de sus propiedades; dicha información se cuantifica y se utiliza en diferentes estudios para minimizar el daño ocasionado por el fluido de perforación a pozos exploratorios o de avanzada, aunque también pueden realizarse en pozos de desarrollo para estimación de reservas.

Para las pruebas DST se establece lo siguiente:
  • Las pruebas DST (Drill Stem Testing) proporcionan un método de terminación temporal para determinar las características productivas de una determinada zona durante la etapa de perforación del pozo.
  • La prueba DST consiste en bajar, con la sarta de perforación, un ensamble de fondo que consiste de un empacador y una válvula operada desde la superficie.
  • Las pruebas DST se realizan en zonas nuevas donde no se conoce el potencial de las mismas.

Una prueba DST exitosa (por si sola) proporciona la siguiente información:

Una prueba de formación bien realizada, proporcionará: una muestra del fluido presente en el yacimiento, una medida de la presión estática y de la presión de fondo fluyendo, la capacidad o potencial de la formación, la permeabilidad, los efectos de daño, el radio del daño, el índice de productividad y el radio de drene, etc.

Caracterización de Yacimientos

La caracterización de un yacimiento de hidrocarburos consiste en generar un modelo integral del yacimiento basado en la integración de la información geofísica, petrofísica, geológica y de Ingeniería con el fin de calcular reservas y crear un plan de desarrollo óptimo del campo. Por ello la caracterización es una etapa muy importante en el plan de explotación de un yacimiento de petróleo.

Modelo Geológico (ESTATICO)

Los datos para la caracterización estática provienen de la información sísmica, de la geología, de los registros geofísicos de pozo y de los análisis en el laboratorio de muestras de roca y de fluidos.

Es aquel que representa las propiedades de un yacimiento que no varían en función del tiempo, como es el caso de la permeabilidad, porosidad, espesor, topes, limites, fallas, ambiente de sedimentación, continuidad vertical y lateral de las arenas, petrofísicas de los lentes, litología y límites de la roca.

El modelo geológico consta de las siguientes etapas:

A.- Modelo Estructural

El objetivo de este proceso es definir la orientación y geometría de los elementos estructurales del área de estudio, el cual se inicia identificando los principales reflectores regionales sísmicos (discordancia y superficie de inundación), los cuales han sido previamente interpretados de registros de pozos, análisis sedimentológico y de núcleos, muestras de canal y de pared.

Este modelo ilustra las características estructurales de la secuencia atravesada, tales como: Buzamientos, fallas, plegamientos, entre otros, tomando como nivel de referencia una profundidad determinada.

B.- Modelo Estratigráfico

El primer paso para la construcción de este modelo consiste en realizar una correlación con perfiles o registros eléctricos de pozos y a la vez una correlación detallada del horizonte estratigráfico prospectivo basándose en marcadores litológicos confiables en el área, tales como lutitas marinas y lignitos, que muestren buena continuidad en la secuencia sedimentaria y se aprecian fácilmente en los registros.

En estudios de subsuelo la herramienta más valiosa de observación directa de la roca es el núcleo convencional, con el cual se puede identificar la litología, ambientes de deposición, estructuras sedimentarias, actividad de organismos, etc. El núcleo es muy útil para determinar la mejor visión de la distribución cualitativa de la porosidad y permeabilidad de la roca y de la distribución del tamaño de grano.

Este modelo contiene los diferentes ciclos sedimentarios y sus secuencias constituyentes, sus edades geológicas y los ambientes depositacionales que generaron estos ciclos. 

C.-Modelo Sedimentológico

Permite definir el ambiente, geometría, orientación, distribución areal y calidad de los depósitos sedimentarios que constituyen el yacimiento mediante el análisis y estudio de sus sedimentos desde el punto de vista físico, químico y mineralógico.

Este modelo se basa en la descripción, clasificación e interpretación de las rocas sedimentarias, es decir, busca explicar los procesos que originan la formación de las rocas sedimentarias, lo cual comprende el origen, transporte y depositación de los materiales.

D.- Modelo Petrofísico

La elaboración de este modelo se basa en el análisis de núcleos, de datos de registros, de datos de producción, en el cálculo de los más importantes parámetros petrofísicos y de calidad del yacimiento tales como resistividad de la formación (Rt), resistividad del agua de la formación (Rw), temperatura de la formación, porosidad (φ), permeabilidad (K), litología, movilidad de hidrocarburos, volumen de arcilla (VsL), saturación de agua (Sw), distribución entre gas y petróleo, etc., y en el cálculo de espesores para construir mapas isópacos de arena total, neta y petrolífera.

Modelo Dinámico

Para completar la caracterización también se usan medios dinámicos que detectan y evalúan los elementos que afectan el comportamiento de un yacimiento.

Las herramientas usadas son:

  • Las pruebas de presión. 
  • Datos de producción. 
  • Registros de producción. 

En este proceso se definen los tipos y condiciones de los fluidos en el yacimiento, su distribución y la forma como se mueven. Comienza con el análisis de los datos dinámicos: Datos PVT, composición, permeabilidades relativas, presiones capilares e historias de producción, inyección y presión.

La interpretación de esta información permite definir las condiciones y distribución inicial de los fluidos, los mecanismos de producción, eficiencia de extracción, y las reservas totales.

Una vez establecidas las condiciones dinámicas de los fluidos (PVT) y su relación con la roca (Kr), deben procederse al Balance Materiales.

Este Balance permite determinar los volúmenes de hidrocarburos horizontales en sitio en el yacimiento (COES, GOES, GCOES).

Caracterización y gerencia Integrada del Yacimiento

El objetivo principal de la Caracterización Integrada de Yacimientos es realizar una descripción del campo y de sus áreas prospectivas (yacimientos) más completa y real para elaborar con un modelo numérico de simulación que nos permita elegir el o los escenarios óptimos de explotación y así maximizar el valor presente neto de un campo.

Etapas de la Caracterización Integrada de Yacimientos

Captura y Adquisición de la Información

Durante toda la vida del yacimiento, desde la exploración hasta el abandono, se recoge una gran cantidad de data. En la gerencia del yacimiento juega un papel principal un programa de gerencia de la data, el cual debe consistir de la adquisición, el análisis, la validación, el almacenamiento y la recuperación de la data, que contribuya al buen manejo del yacimiento. Este programa es un gran reto para el equipo de gerencia integrada del yacimiento.

Esto requiere de una buena planificación, justificación, priorización y determinación del tiempo adecuado. La recolección y análisis de la data y la validación y el almacenamiento (en la base de los datos). Requiere de un esquema integrado que involucre todas las funciones. En la Figura se muestra una lista de la data necesaria antes y después de la “producción”.

En la Tabla siguiente, se ilustran los datos bajo varias clasificaciones, donde se incluye la fecha o tiempo de adquisición y los profesionales responsables por su adquisición y el análisis.

ESPERO QUE LA INFORMACIÓN SEA DE MUCHA AYUDA, GRACIAS.!!

 

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