Introducción a la Ingeniería de Petróleos

Contenido

• Origen y formación del PetróleoMuestra los pasos para la formación de un yacimiento de hidrocarburos

• Conceptos básicosAquí se describen los conceptos más relevantes para comenzar el estudio de la ingeniería de petróleos.

Primer campo petrolero en Titusville, Pennsylvania. Corría el año de 1859.

Origen y Formación del Petróleo

Origen del petróleo

Contrario a las creencias populares, el petróleo NO PROVIENE de los dinosaurios. Nuevas teorías apuntan a que el petróleo se formó a partir de organismos unicelulares que al morir se depositaron en el fondo de los mares, ríos o lagos.

Pero, ¿Cómo unas criaturas tan diminutas pudieron formar los grandes yacimientos de petróleo que se conocen hoy en día?

En realidad fueron necesarias millones y millones de estas criaturas muertas para formar gruesas capas de sedimentos orgánicos, que posteriormente se madurarán en petróleo.

Hoy en día se cree que el petróleo proviene de organismos unicelulares

Maduración

Durante miles de años, capas de lodo y sedimentos orgánicos (organismos muertos) se fueron apilando poco a poco en el fondo del océano, a tal punto que pueden tener hasta varios kilómetros de profundidad.

Después de miles y miles de años y con la ayuda de algunas reacciones químicas, la capa de sedimentos orgánicos que ha sido enterrada, se convierte en roca. A esta roca se le llama roca fuente y es de donde proviene el crudo.

Formación de las capas de sedimentos

Las capas más recientes fueron enterrando cada vez más a las capas mas antiguas, sometiéndolas a mayorpresión y temperatura.

Roca fuente

Organismos unicelulares muertos

Roca fuente

La roca fuente más común es la black shale (loza negra), y se forma a partir de los depósitos orgánicos enterrados.

Para formar la roca se requiere de mucho tiempo, presión y temperatura. Entre más profundo esté la capa, mayor es la temperatura.

Para generar crudo, la temperatura de la capa debe estar entre los 65ºC y 150ºC. Si la temperatura supera este rango, el crudo se convierte en gas natural.

Este rango de temperaturas se da entre los 2.100 y 5.500 metros de profundidad, aproximadamente. A esta zona donde se genera el crudo se le conoce como ventana de crudo

La roca fuente produce, más no almacena el crudo. Si no se halla algo donde se pueda almacenar el hidrocarburo, este se dispersará por la tierra y se perderá irremediablemente.

Roca almacenadora

El crudo formado en la roca fuente no sirve de nada a menos que se acumule en un sitio. La roca almacenadora es una piedra que contiene poros, donde el crudo llega y es almacenado; funciona de manera similar a una esponja, que absorbe agua en su interior debido a que contiene poros.

La roca almacenadora más común es la piedra arenisca (sandstone) que contiene millones de diminutos poros donde en crudo es atrapado.Otro tipo de roca almacenadora es la piedra caliza (limestone).

Roca almacenadora

Si la roca almacenadora tiene muchos espacios (poros) en su interior, podrá acumular más crudo. A esto se le conoce como porosidad de la roca.

Roca sello

A diferencia de las rocas almacenadoras, las rocas sellantes tienen unos poros tan pequeños, que el crudo no puede pasar a través de ellas. Por lo tanto funcionan como barreras al paso del fluido (son impermeables).Un ejemplo típico de roca sello es la arcilla.

Roca sello

Las rocas sellantes con la ayuda de un proceso geológico, pueden llegar a formar una trampa, donde el crudo es retenido y forma un yacimiento.

Trampas

La roca almacenadora acumula crudo, pero no en suficientes cantidades como para traerlo a la superficie. Para que se forme un yacimiento, es necesario que exista una barrera para detener el crudo y acumularlo en grandes cantidades. A esto se le llama trampa.

Las trampas se pueden formar por deformaciones estructurales (movimiento de las capas al interior de la tierra) o por cambios en la estructura de la roca.

Es importante anotar que el crudo no se encuentra en enormes cavernas al interior de la tierra, sino dentro de rocas sólidas (roca almacenadora) que contienen poros en su interior.

Tipos de Trampas

Las trampas formadas por deformación estructural (trampas estructurales), se deben al movimiento de la tierra. Las más importantes son:

AnticlinalCuando las capas planas son empujadas hacia arriba y el crudo queda atrapado entre rocas sellantes (rocas no porosas).

FallaSe forma por el rompimiento de las capas debido a una falla geológica, la misma donde se originan los terremotos.

Domo SalinoLa sal de antiguos mares al ser calentada fluye hacia arriba, rompiendo las capas que encuentra a su paso.

Tipos de Trampas

Las trampas formadas por cambios en la estructura de la roca, son:

Trampas Estratigráficas (Stratigraphic traps)Se debe a los cambios en la estructura de la roca. Una roca que en un lado es arenisca se puede volver arcilla en otro lado, estando dentro de la misma capa en el subsuelo.

La trampa pinch-out (pinchada) es un tipo de trampa estratigráfica.

Resumen

Para que se forme un yacimiento de crudo y/o gas, se deben dar tres cosas:

• Debe haber una roca fuente, que genere el crudo.• Una roca de reserva debe atrapar ese crudo generado.• La roca de reserva debe quedar atrapada en una trampa.

Si alguno de los anteriores procesos llega a faltar, no se puede formar un yacimiento de hidrocarburos.

Ahora, la posibilidad de que estas tres condiciones se cumplan es muy baja. Por lo tanto, encontrar un yacimiento de petróleo requiere - además de rigurosos estudios geológicos - un toque de buena suerte.

Practica 1Un tipo de trampa estratigráfica es:

AnticlinalFallaDomo SalinoPinchada (Pinch-out)

La roca fuente más común es:Piedra areniscaBlack ShalePiedra calizaArcilla

Hoy en día, se dice que el petróleo proviene de los restos de los dinosaurios.FalsoVerdadero

Para que se pueda formar un yacimiento se deben dar tres cosas: una roca fuente, una roca almacenadora y una trampa.

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Conceptos básicos

Partes de un Pozo

Cuando se perfora un pozo, se inserta una tubería de acero hasta el fondo. Esta tubería, denominada casing es de 9-5/8” para la mayoría de pozos en Caño Limón (algunos pozos usan casing de 7”)

El casing debe ir adherido a las paredes del hueco. Para esto se hace una cementación, proceso que consiste en inyectar cemento entre el hueco y la parte externa del casing.

Luego se bajan unos explosivos hasta la profundidad de la roca almacenadora y se detonan, para que el crudo ingrese al casing. Este proceso se denomina cañoneo.

Ahora se inserta la tubería de producción o tubing, por donde el crudo fluirá hasta la superficie. Esta tubería varía entre 3-1/2” y 5-1/2” según la tasa de producción del pozo.

Cuando la presión del yacimiento no es suficiente para llevar el fluido a la superficie, se debe usar un método de levantamiento artificial. En el Bloque 15 se usa el Bombeo ESP.

Finalmente, en la cabeza del pozo se instala un conjunto de válvulas que regulan el flujo y la presión del crudo que sale del pozo. A esto se le llama cabezal o árbol de navidad.

Casing

Cemento

Roca almacenadora

Tubing

Bomba ESP

Arbol deNavidad

Términos de producciónPresión estática de Fondo (P*)Es la presión que ejercen las rocas en el yacimiento. Esta presión puede variar entre los 1.500 y 3.200 psi.

Presión de fondo fluyendo (Pwf)Es la presión que hace el fluido sobre las paredes del casing. Se mide en frente de las perforaciones (donde se cañoneó).

Draw Down (DD)Es la resta entre la presión estática de fondo y la presión de fondo fluyendo.

PwfPDD *

Indice de Productividad (IP)Es una relación entre el caudal y el DD que indica la capacidad de un pozo para producir. Las unidades son BPD/psi.

DDCaudal

IP

P*

Pwf

Practica 2

Cuando se perfora un pozo, se inserta una tubería que va adherida al pozo. Esta se conoce como:

TubingCasingCementaciónManifold o múltiple

Para regular el flujo que sale del pozo se usa:Bomba electrosumergibleIndice de ProductividadDraw DownArbol de Navidad o Cabezal

Cuando la presión del yacimiento no es suficiente para llevar el fluido a la superficie, se debe usar un método de levantamiento artificial.

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Porosidad

Porosidad ()La porosidad indica el porcentaje de la roca de reserva que es hueco, debido a los poros. En otras palabras, indica la cantidad de petróleo que puede almacenar la roca, respecto a su tamaño.

Poros

RocaUna porosidad del 20% indica que el 20% del volumen de la roca contiene fluidos y el 80% restante es roca sólida.

POROSIDAD CARACTERISTICAS DE LA ROCA

0 – 5 % Despreciable

5 – 10 % Pobre

10 – 15 % Regular

15 – 20 % Buena

Más de 20% Excelente

Si un yacimiento de petróleo tiene muy baja porosidad, el volumen de petróleo no es factible desde el punto de vista económico.

Permeabilidad

Permeabilidad (K)La permeabilidad es la facilidad que tiene el crudo para fluir a través de la roca almacenadora. La permeabilidad se mide en milidarcies (md).

Entre más milidarcies tenga la roca almacenadora, más fácil fluye el crudo.

PERMEABILIDAD CARACTERISTICAS DE LA ROCA

1 – 10 md Aceptable

10 – 100 md Buena

Más de 100 md Excelente

Rocas sellantes (impermeables)

Interfases

La roca almacenadora no retiene crudo únicamente. Generalmente se encuentran tres productos dentro de ella: gas, crudo y agua.

Debido a la diferencia de densidades, en la parte superior se acumula el gas, en la del centro el crudo y en la parte más baja se deposita el agua.

Gas

Crudo

Agua

Yacimiento

Roca almacenadora (porosa)

Con esto, se forman dos interfases o zonas de contacto:

Gas - Crudo

Crudo - Agua

• Gas - Crudo• Crudo - Agua

Mecanismos de EmpujeEl mecanismo de empuje es un tipo de energía natural que presuriza el hidrocarburo en el yacimiento, lo que facilita su extracción.

Empuje hidráulicoEl agua por debajo del crudo ejerce un empuje vertical, desplazándolo y ocupando su lugar.Este mecanismo de empuje ocurre en los campos del BLOQUE 15

Empuje de GasA medida que el crudo es extraído del yacimiento, el gas se comienza a expandir y empuja el crudo hacia abajo.En el BLOQUE 15 no hay este tipo de empuje, debido a que el gas está disuelto dentro del crudo y en cantidades despreciables.

Hay varios tipos de empuje, pero aquí veremos solamente el empuje hidráulico y el de gas.

Levantamiento artificial

El fluido de un pozo puede llegar hasta la superficie, si la presión del yacimiento es lo suficientemente grande como para hacerlo.

Con el tiempo, los yacimientos van perdiendo presión y es necesario un mecanismo de levantamiento artificialpara llevar el crudo hasta la superficie.

A pesar que hay varios tipos de levantamiento artificial en Bloque 15 se usa únicamente el bombeo electrosumergible (ESP). El ESP consiste en una bomba y un motor eléctrico que se introducen en el pozo y bombean el fluido a través de la tubería de producción (tubing) que tiene acoplada.

Tuberia de producción

Bomba ESP

Pozo

Columna EstratigráficaGeológicamente, el yacimiento del Bloque-15 tiene varias capas de rocas porosas (almacenadoras) y de rocas retenedoras o impermeables.

A estas capas se les conoce como formaciones.

Arena “M-1”

Arena “U”

8000 pies

Arena “T”

Hollin

Practica 3

La propiedad que mide el porcentaje de la roca que es hueco, es:PorosidadPermeabilidadPresión estática de FondoLa interfase o zona de contacto

Si se aplica la inyección de agua como recobro secundario en un yacimiento, es posible extraer el 100% de las reservas.

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