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8/11/2019 Arreglos de pozos.pdf

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Arreglos de pozos parainyeccin de agua y gas

Joe Bernal

David Castro

Juliana Otlora

Daniel Perdomo


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Contenido

! Introduccin

! Razn de movilidad

! Arreglos de pozos

Principales parmetros que caracterizan los arreglos de pozos

Empuje por lnea directa

Empuje en lnea alterna

Arreglos de 5, 7, 4 y 9 pozos

! Eficiencias de barrido areal

! Eficiencia de barrido vertical

! Eficiencia de barrido volumtrico


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Introduccin

Es bastante importante controlar las operaciones de inyeccin de agua o gas a un

yacimiento dependiendo de las locaciones de los pozos involucrados tanto

inyectores como productores en funcin de los lmites que facilita el pozo.

El desplazamiento lineal tiende a ocurrir en capas uniformes constantes donde

no hay interrupcin en los extremos de entrada y salida, sin embargo para que

este principio sea posible se debe considerar un plano horizontal en relacin a la

fuerza de gravedad ejercida.

Si el barrido es horizontal, se considera que se hace en forma de rea, mientras

que si es vertical ser interpretado como la eficiencia de la ruptura.


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Movilidad

Es importante hablar de movilidad como uno de los factores

ms importantes a la hora de la inyeccin de fluidos, esta se

define como la razn entre la fase desplazante (agua o gas) y la

fase desplazada (petrleo), relacionando la permeabilidad y laviscosidad de ambas fases.

Si el agua desplaza el petrleo


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Arreglos de pozos


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Arreglos de pozos

Generalmente cuando se usan pozos viejos para la inyeccin de fluidos,

estos tienen un arreglo irregular o aleatorio debido a que esa no fue su

funcin al principio de vida del pozo, sin embargo, con el pasar del

tiempo se ha logrado un mejor diseo esquemtico y planeado de cmoser la recuperacin secundaria de fluido en fondo.

De esa manera se lograra hacer un arreglo regular de pozos inyectores y

productores formando figuras geomtricas conocidas.


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Factores que determinan el tipo de arreglo

Forma originalcon que ha sido

producido elyacimiento

Permeabilidaddel yacimiento

Viscosidad delos fluidos

Razn demovilidad

Estructura y caractersticasgeolgicas del yacimiento


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Principales parmetros que caracterizan los arreglos de pozos

La unidad de arreglo

Es la menor proporcinde arreglo que lo

representa, es tambinconocido como elemento

de simetra, debe incluiral menos un pozo

productor y uno inyector

Razn pozos inyeccin/

produccin

Se calcula dividiendo elnmero de pozos

inyectores que afectandirectamente a cada

productor, entre elnmero de productores

que reciben el efecto de uninyector.


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Empuje por lnea directa y alternaLa particularidad del empuje por lnea directa est en que se hace un arreglo para aproximaruna inyeccin sobre el plano vertical y se logre un balanceo para tener 100% de eficiencia.

El empuje por lnea alterna se origina al desplazar los pozos inyectores a lo largo a lo largo

de una distancia entre otros dos inyectores, formando un tringulo con dos vrtices

constituidos con inyectores y un tercer vrtice con un pozo productor


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Arreglos de 5 pozosEl arreglo de 5 pozos es altamente conductivo, ya que la vade flujo ms corta es una lnea recta entre el inyector y el

productor. Adems, el patrn proporciona una buenaeficiencia de barrido. La perforacin de un arreglo

cuadrado es muy flexible, pues permite generar otros

arreglos simplemente reorientando la posicin de los pozosinyectores. Ejemplos de stos son el asimtrico de 4 pozos,

el de 9 pozos y el invertido de 9 pozos. La capacidad de

flujo continuo para un arreglo de 5 pozos, si se considera larazn de movilidad igual a uno, es la siguiente:

donde d es la

distancia que une el inyector con

el productor


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Arreglos de 7 pozosEste tipo de arreglo tiene 2 pozos inyectores por cada pozo productor y se utiliza cuando la

inyectividad de los pozos es baja. Muy raras veces se encuentra un campo perforado

siguiendo este tipo de arreglo. El patrn del modelo es un tringulo equiltero (Figura 5.7)

o puede considerarse un arreglo en lnea alterna cuya relacin d/a = 0.866. Si el campo no

ha sido desarrollado segn este patrn, se requieren varios pozos interespaciados para

hacer posible repetir el patrn. En este caso la Rp/pp - 6/3 = 2.


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La capacidad de flujo continuo para un

arreglo de 7 pozos invertido, si seconsidera la razn de movilidad igual a

Donde d=a


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Arreglos de 4 pozosEl arreglo de 4 pozos, tambin llamado arreglo

triangular o de 7 pozos invertido, se diferencia

del anterior en la posicin que ocupan los

productores e inyectores. En este caso, los

pozos de inyeccin se colocan en el centro del

hexgono y los de produccin en los vrtices,tal como se muestra en la Figura 5.8.

Estearreglopuede

tambin

considerarseformado portringulos equilteros

con 3 pozos de inyeccin enlos vrtices y uno de

produccin en el centro. La R,ppes 'A, ya que cada productor es

afectado directamente por la inyeccin de3 pozos y 6 productores reciben el efectodirecto de cada inyector.


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La capacidad de flujo continuo para un arreglo de 4 pozos,

si se considera la razn de movilidad igual a uno, es igual ala del arreglo de 7 pozos normal. La ecuacin es:


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Arreglos de 9 pozosEste tipo de arreglo puede desarrollarse con pozos perforados formando un

cuadrado, con los pozos de inyeccin en los vrtices y puntos medios de los

lados del cuadrado y con el productor ubicado en el centro de ste, tal como lo

muestra la Figura 5.9. En este caso, los pozos inyectores sobrepasan los

productores por un factor de 3.


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La RFi/pp puede calcularse as: los pozos de los vrtices reparten lo inyectado en ellos entre 4 pozos de

produccin, o sea, una cuarta parte para cada uno; en cambio, los pozos situados en los puntos medios de

los lados lo reparten nicamente entre dos, es decir, la mitad para cada uno, y como existen cuatro de cada

tipo, resulta RP/PP = 3. Esto quiere decir que si se considera el flujo continuo y la tasa de inyeccin igual en

todos los pozos, los de produccin tendrn una tasa igual al triple de la inyeccin en cada pozo; por lo tanto

Arreglos de 9 pozos

Segn Smith y Cobb, una de las mayores ventajas del arreglo de 9 pozos es su flexibilidad. La direccin del

movimiento del agua y la ruptura prematura en ciertos pozos puede llevar a la necesidad de cambiar el

arreglo existente; pero esto, a veces, es difcil y costoso y puede requerir muchas perforaciones

interespaciadas. Por el contrario, el arreglo de 9 pozos invertido puede cambiarse a un arreglo en lnea

directa o de 5 pozos sin mucho esfuerzo.


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La capacidad de flujo continuo para un arreglo normal de 9 pozos, si

se considera la razn de movilidad igual a 1, es la siguiente:

Donde


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Mtodos para estimar la eficienciade barrido areal


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Eficiencia del barrido areal (Ea)

! Se define como la fraccin del rea horizontal del yacimientodonde ha ocurrido el proceso de recuperacin secundaria.

Se relaciona con factores que ocurren en la naturaleza como las propiedades

de las rocas (porosidad, permeabilidad, conductividad entre otros) y las

propiedades del sistema roca-fluidos (ngulo de contacto, permeabilidadesrelativas, presiones capilares entre otros) los cuales tienen influencia sobre el

volumen de roca invadida por el fluido inyectado, la direccin y velocidad

de los fluidos.


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Otros factores relacionados con la localizacin de los pozos inyectores

y productores as como las densidades y viscosidades de los fluidos,

puede modificar este fenmeno. Son factores como:

Geometra de lospozos de inyeccin

y produccin:

Configuracinareal que existe

entre pozos

inyectores yproductores

Razn demovilidad:

La eficiencia areales inversamenteproporcional a la

razn demovilidad

Volumen de fluidosinyectados:

Es directamenteproporcional al volumende fluido inyectado y al

tiempo. Se har referencia

entonces a la eficiencia enel, durante y despus de laruptura, relacionando lo

con un volumen de fluido

inyectado determinado.


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Mtodos para estimar la eficiencia del barrido areal

Sabemos que la cantidad de petrleo que puede ser desplazada por

inyeccin de agua es directamente proporcional a la eficiencia de

barrido areal expresndolo en la siguiente ecuacin:

Para distinguir la eficiencia de desplazamiento de la eficiencia de

barrido areal, se supone que detrs del frente no ocurre

desplazamiento adicional, y tambin se debe tener en cuenta que a

diferencia de la eficiencia debida a la estratificacin de la

permeabilidad, la eficiencia de barrido areal se define en base a una

capa o yacimiento de permeabilidad uniforme.



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Eficiencia del barrido areal a la ruptura

La eficiencia de barrido areal se ha estudiado mediante los siguientes modelos

matemticos:

Analtico

Movimientos de iones en un medio gelatinoso o modelo del papel secante

Modelo potenciomtrico

Empaque en cuerpos de vidrios o medios porosos usando rayos X

Modelo Hele-Shaw

Modelo de resistencias

Modelos digitales

Todos estos modelos son usados para obtener la eficiencia de barrido areal a la

ruptura asumiendo que M es la unidad.



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La siguiente tabla compara la eficiencia de barrido areal a la ruptura para diferentes

tipos de arreglo de pozos.


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La siguiente figura muestra los resultados del estudio de un modelo

potenciomtrico en un cuadrante de un arreglo de 5 pozos.

De la grfica se puede deducir que el

mayor gradiente de presin y la ms alta

velocidad de flujo ocurrir a lo largo de

la lnea ms corta por lo cual el agua que

fluye a travs de la diagonal ser la

primera en arribar al pozo productor.Tambin se observa en esta grfica que el

tiempo de la ruptura de agua a travs de

la lnea de flujo A, el agua que avanza

por las lneas de flujo B y C estn a una

distancia significativa del pozo

productor debido al movimiento amenor velocidad del fluido a travs de

las lneas de corriente lo que le permite al

yacimiento permanecer inalterable al

momento de la ruptura.


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Se hace la suposicin que M=1 para esta grafica (el fluido inyectado tiene la misma resistencia al flujo que

el fluido desplazado). Cuando la resistencia al flujo de los fluidos desplazante y desplazado es diferente,

las lneas de corriente tienen una apariencia diferente como se muestra a continuacin. Tambin se observa

el efecto de la razn de movilidad sobre la forma y longitud de las lneas de corriente.

M>1Menos resistencia al fluido

inyectado que al fluidodesplazado, lneas de corriente no

diagonales ms largas que cuandoM=1 y velocidad de viaje de losfluidos a travs de estas lneas

menor que cuando M=1,eficiencia de barrido

areal menor. M


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La siguiente imagen presenta datos de eficiencia de barrido areal para un arreglo de

5 pozos. Par M menor o igual a 1, los resultados coinciden en su mayora. Cuando

M>1 existen divergencias entre los valores debido a las diferencias en los equipos y

fluidos utilizados para hacer las determinaciones. Por lo general se seala que lalnea solida de la grfica es la ms representativa de la invasin de un yacimiento.


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En la siguiente imagen se presentan datos para un modelo

aislado de 5 pozos (invertido o normal). En este tipo de patrn

de invasin se alcanzan eficiencias de barrido mayores a 100%


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En estas figuras se presentan datos de eficiencia de barrido

desarrolladas para un arreglo de 7 pozos normales e invertidos

respectivamente


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La eficiencia de barrido areal para arreglos de empuje en lnea directa y

alterna depende de la relacin d/a. En las siguientes figuras se ilustra esta

relacin cuando d/a=1.


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Eficiencia del barrido areal despus de la ruptura

Si despus de la ruptura continua la inyeccin, la eficiencia de barrido areal desarrollada en un

determinado arreglo continuara aumentando hasta alcanzar un mximo de 100%. La relacin

agua-petrleo producida tambin aumentara rpidamente, pero el aumento de la eficiencia

areal ser una funcin de la cantidad de agua inyectada en el sistema por lo que es

recomendable a la hora de planificar una inyeccin de agua conocer la relacin entra ambas

variable. Las siguientes imgenes presentan correlaciones de eficiencia de barrido areal enfuncin de la razn de movilidad para un arreglo de 5 pozos en lnea directa las cuales aplican

para despus de la ruptura. Dichas correlaciones utilizan dos factores como el volumen poros

desplazable Vp y la fraccin de flujo de la zona barrida los cuales se determinan as:



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La correlacin de Craig-Geffen y Morse se utiliza para determinar tambin la

eficiencia de barrido areal despus de la ruptura en arreglos de 5 pozos y se presenta

en la siguiente figura. Se requiere conocer la eficiencia areal a la fractura y la razn

entre el agua inyectada acumulada y el agua inyectada acumulada hasta la ruptura.


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Eficiencia de barrido vertical

Tambin se denomina eficiencia deconformacin o intrusin fraccional

Debido a la heterogeneidad del yacimiento, solo una fraccin del rea vertical del

yacimiento es contactada por el fluido desplazante. Dicha fraccin (rea vertical

total del yacimiento) se denomina eficiencia de barrido vertical.

E t t f t f t t f


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Entre otros factores que afectan este fenmenoencontramos

Heterogeneidad delyacimiento

Volumen de fluido

inyectado

Razn de

movilidad

La

heterogeneidad de los

estratos del yacimiento ser

inversamente proporcional a la

eficiencia de barrido

vertical.

Flujo cruzado entrecapas


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Eficiencia de barrido volumtrico

Se define como la fraccin del volumen total del yacimiento (o arreglo) que es

invadido o entra en contacto con el fluido desplazante. Esta eficiencia se calcula a

partir de la cobertura con la cual ocurre la invasin vertical y de la cobertura areal.


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Eficiencia de barridovolumtrico a un tiempo t

de invasin


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Otros factores a parte de la movilidad de los fluidos del yacimiento queafectan esta eficiencia son:

ndice deinyectividad

Existe una relacin entre la

inyectividad (M) y la posicin delfrente de invasin. En la siguiente

imagen se ilustra este sistema radial

en el que se ve que en los comienzos

de la inyeccin y antes de que

ocurra el llene, tanto la zona de

petrleo como la de agua alrededordel pozo son radiales y lo seguirn

siendo hasta que los radios de los

bancos de petrleo alcancen una

distancia cercana al 70% de la

distancia entre inyector y productor.


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La inyectividad entonces se expresa por medio de la siguiente ecuacin


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En la siguiente figura se observa que el ndice de inyectividad decrece rpidamente

hasta el momento en que ocurre el llene, despus del llene, la inyectividad permanecer

constante si M=1, aumentara si M>1 o disminuir si M


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En la siguiente imagen se presenta la eficiencia de barrido volumtrico en el momento

de la ruptura para un arreglo de 5 pozos, inicialmente lleno de lquido, como funcin

de la razn de movilidad (M) y de la variacin de permeabilidad (V). Se muestra que

el principal efecto de M sobre la eficiencia volumtrica a la ruptura ocurre en el rango

de 0,1


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En la figura ilustrada a continuacin se presenta un grfico similar pero

considerando un yacimiento con una saturacin inicial de gas del 20%. En este

caso se supone que el gas entra en solucin durante el llene, si la razn de

movilidad disminuye, se observa que el barrido volumtrico a la rupturaaumenta con la presencia de gas.


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Fuerzas de gravedad

Por esta razn cuando inyectamos un fluido ms denso que el

petrleo como el agua, esta tiende a moverse en la base de las

formaciones. EV a la ruptura es dada en funcin de un grupo

adimensional denominado razn viscosidad-gravedad.


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La siguiente figura muestra los resultados para un sistema uniforme lineal. Se

observa que el grado de segregacin por gravedad del fluido inyectado, medido en

funcin de la eficiencia volumtrica a la ruptura, depende de la relacin existente

entre las fuerzas viscosas y las fuerzas gravitacionales.


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La siguiente imagen presenta el efecto de las fuerzas de gravedad para un arreglo

de 5 pozos. En este caso la relacin entre fuerzas viscosas y fuerzas

gravitacionales est dada por la siguiente ecuacin:


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Efectos de la tasa de flujo

Fuerzas viscosas Fuerzas capilaresFuerzas

gravitacionales


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Gracias

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