Análisis de la ecuación de balances de los materiales en función de los mecanismos de producción

Según los primeros conocimientos que se obtuvieron en Yacimientos I nosotros sabemos que la Ecuación de Balance de los Materiales es empleada para predecir factores como el comportamiento de presión/ producción bajo distintos esquemas de explotación, cálculo del petróleo originalmente en sitio (POES) y la intrusión o influjo del agua al yacimiento por la expansión de un acuífero. En definitiva se busca un balance entre los materiales en el yacimiento y los materiales producidos.

¿Pero sabíamos que la Ecuación de Balance de materiales ha sido analizada para evaluar las fuerzas individuales que aportan los diferentes mecanismos de producción?

Pues por lo menos yo hasta ahora lo escucho!!! Resulta que Pirson analizó la Ecuación de balance de los materiales de manera que permite ser utilizada para cuantificar la contribución relativa de cada mecanismo de empuje o de producción.
Pero primero debemos comenzar por dejar en claro a que nos referimos cuando hablamos a los mecanismos de empuje o producción, quizás ya lo hemos escuchado pero vamos a repasarlos un poco antes de adentrarnos en la finalidad del presente artículo.

Los mecanismos de producción no son más que aquellos que se aplican para aumentar el nivel de recuperación del yacimiento, que algunas veces vienen impulsados por la energía del mismo. Vamos a referirnos en éste caso a los siguientes:

*Empuje por agua: es uno de los más eficientes, con un nivel de recuperación que puede llegar teóricamente hasta el 80% del petróleo existente en el yacimiento. Ocurre cuando existe una capa de agua por debajo de la zona de petróleo o provenir de un afloramiento que la alimenta desde superficie, actuando en forma de pistón e impulsando los fluidos hasta la tubería productora del pozo.(1)

*Empuje por casquete de gas: La recuperación el petróleo original en el yacimiento puede ser hasta un 60% . Ocurre en yacimientos cuyo contenido de gas original es mayor que el que puede disolverse en el petróleo bajo condiciones de presión y temperatura existentes, causando que el volumen de gas no disuelto forme una cresta, ejerciendo un efecto de pistón de arriba hacia abajo que desplaza al petróleo.(1)

*Empuje por gas disuelto: Es el mecanismo de recuperación más común con una eficiencia de recuperación del 25 % del petróleo existente en el yacimiento. Ocurre donde todo el gas esta disuelto y no existe casquete de gas libre. Cuando existen condiciones adecuadas de las rocas y los fluidos, pueden dar origen a un casquete de gas secundario que contribuye al aumento de la recuperación.(1)

Ecuación de Balance de los Materiales en función de la Contribución de los Mecanismos de Empuje(2)

La determinación de la magnitud de cada uno de estos mecanismos de producción es importante para evaluar las fuerzas de producción individuales. Ya que cada uno de éstos mecanismos aporta a la producción del yacimiento un nivel de recuperación distinto del petróleo originalmente en sitio.

Pirson arregló la Ecuación de Balance de los Materiales en tres fracciones cuya suma es igual a la unidad, con el propósito de determinar la magnitud de cada uno de estos mecanismos como se muestra en la siguiente ecuación:

(Ecuación 1)

Donde el denominador común D, es la producción total de petróleo, gas y agua a condiciones de yacimiento:

(Ecuación 2)

Mientras que los numeradores son expansión del petróleo, gas en solución, roca y agua en la zona de petróleo, expansión de la capa de gas, roca y agua en la capa de gas e intrusión de agua respectivamente.

Así cada término de la ecuación (1), representa la contribución a la producción de petróleo, gas y agua a través de los diferentes mecanismos de producción. Por esta razón la ecuación (1), puede escribirse como:

( Ecuación 3)

De la ecuación (1) , se derivan los diferentes índices de producción aportados por los mecanismos de producción mencionados anteriormente:

*** Índice de empuje por gas en solución ( depleción), viene dado por:


***Índice de empuje por segregación de las capas


*** Índice de empuje hidráulico


La magnitud de estos índices de producción pueden usarse para medir el efecto de cada uno de los mecanismos o empujes sobre un determinado yacimiento.

Éstos son algunos de los términos usados en estas ecuaciones de balance de materiales:

Bw: Factor volumétrico de formación del agua, BY/BN.
Bo: Factor volumétrico de formación del petróleo, BY/BN.
Bgi: Factor volumétrico de formación de gas inyectado, BY/ PCN.
N: petróleo inicialmente en el yacimiento, BN.
m: constante definida como la relación del volumen inicial de gas en la capa de gas( BY), al volumen inicial de petróleo ( BY), este es m = G/ N. Boi.
We: intrusión de agua proveniente de un acuífero y expresada como volumen acumulado entre pi y p, BY.
Wp: volumen acumulado de agua producida, BN.
Gp: volumen acumulado de gas producido, PCN.
Np: volumen acumulado de petróleo producido, BN.
G: gas inicial en el yacimiento, PCN.
Rs: relación gas/ petróleo en solución.

Fuentes investigadas:

Colección Temas Petroleros. Programa de Educación Petrolera. Gas y Petróleo. PDVSA. (1)
Libro Ingeniería de Yacimientos Nivel I. Centro internacional de Educación y desarrollo, 1996.PDVSA. (2)
Imágenes: html.rincondelvago.com/petroleo_3.html