Investigación de un simulador dinámico acoplado.

Las inestabilidades en la producción son indeseables y juegan un papel crucial durante la vida productiva y la última recuperación de cualquier yacimiento. Estas inestabilidades pueden surgir o ser gobernadas por la interacción entre el pozo y el yacimiento. Las inestabilidades en la producción están subdivididas en dos grupos. En primer lugar, el fenómeno dinámico que ocurre naturalmente; tal como conificación y acumulaciones de gas, petróleo o condensado en una tubería de gas. Segundo, el fenómeno dinámico de producción; tal como cierre, limpieza después de un tratamiento de estimulación y levantamiento por gas. La existencia de escalas de tiempo y espaciales, para distintos fenómenos que ocurren naturalmente o por producción dinámica, cuyos valores están basados en experiencias; son las que permiten mostrar que hay algunos fenómenos que presentan una cierta cantidad de superposiciones. En estas áreas de superposición se espera que la dinámica del pozo sea influenciada fuertemente por la dinámica del yacimiento y viceversa.

Las simulaciones son ampliamente usadas para predecir la producción de petróleo y gas. El estado actual de estas simulaciones es usar un modelo dinámico de pozo, combinado con algún modelo analítico de yacimiento; o usar un modelo dinámico combinado de yacimiento, ya sea con tablas de levantamiento o con un modelo de pozo en estado estable. La desventaja de estos modelos es el hecho de que ellos subestiman la pre-mencionada interacción pozo-yacimiento y, por consiguiente, suministra pronósticos de producción no reales en casos donde las interacciones pozo-yacimiento juegan un papel crucial.

Unas pocas partes han aceptado la importancia de estas interacciones y están trabajando sobre simuladores dinámicos acoplados pozo-yacimiento.

El trabajo presentado en este artículo, surge ante la necesidad de tomar en cuenta la interacción entre el yacimiento dinámico y el comportamiento (también dinámico) del pozo; cuando se investiga la optimización de un recurso de producción. Para simular el fenómeno dinámico en el pozo y en el yacimiento, han sido usados una herramienta de simulación dinámica de pozos multifásicos (OLGA) y un simulador dinámico de yacimiento multifásico (MoReS). Ambos simuladores han sido conectados usando un esquema explícito.

Dentro del marco de la investigación del Sistema Integrado Enfocado a la Producción de Petróleo (ISAPP, por sus siglas en inglés), se acoplaron una herramienta de simulación dinámica de pozo multifásico y un simulador dinámico de yacimiento multifásico, usando un esquema explícito. El principal beneficio es el hecho de que el modelo acoplado es capaz de conectar modelos complejos de yacimiento y pozo de manera de representar un recurso realista. En este artículo, el simulador dinámico de pozo; el simulador dinámico de yacimiento y el simulador dinámico acoplado pozo-yacimiento; han sido usados para simular un caso de prueba (real) a manera de comparar las diferencias entre los resultados de la simulación. Dicho caso consiste en un pozo horizontal con tres secciones de influjo ubicadas en un hoyo delgado. Se investigaron una serie de escenarios: fenómeno ocurriendo naturalmente, por ejemplo conificación; y dinámica de producción, por ejemplo cierre del pozo; que juegan un rol crucial durante las diferentes etapas de la vida del pozo.

Descripción del modelo.

A manera de manipular los modelos complejos de pozo y yacimiento, por ejemplo terminación de un pozo horizontal multizona; como el simulador dinámico de yacimiento se seleccionó MoReS y se escogió OLGA como el simulador dinámico de pozo. El acoplamiento entre los modelos de pozo y yacimiento dinámicos se hizo explícitamente en Matlab.

Para este estudio se usó un hoyo delgado que contiene tres fases segregadas, por ejemplo agua, petróleo y gas. La delgada capa de petróleo contiene un pozo horizontal con tres válvulas para control de influjo (ICV’s, por sus siglas en inglés), las cuales pueden ser controladas individualmente.

Modelo dinámico de yacimiento: MoReS es un simulador de yacimiento capaz de manejar yacimientos fracturados y no fracturados. Fue diseñado para un amplio rango de aplicaciones de simulación. Es importante recordar que entre las características del yacimiento estudiado se encuentra la presencia de una capa de gas.

Modelo dinámico de pozo: OLGA es un simulador de flujo multifásico de una dimensión. Es usado para simular el comportamiento del flujo transiente y los perfiles de presiones del pozo, desde el fondo hasta el cabezal.

Modelo dinámico acoplado: el acoplamiento entre OLGA y MoReS ha sido hecho en Matlab. OLGA tiene una caja de herramientas de Matlab la cual hace posible la comunicación entre ellos durante las simulaciones. MoReS se está comunicando con Matlab vía archivos I/O (datos de entrada/salida). La interfaz entre el pozo y el yacimiento es el límite natural entre los dos. Cada punto de influjo es modelado como un productor separado en el simulador de yacimiento. Los 17 productores predefinidos del simulador de pozo alimentan al simulador de yacimiento con las presiones de fondo calculadas por productor (punto de influjo) a una variación en el paso del tiempo dada. De manera simultánea, el simulador de yacimiento alimenta al simulador de pozo con el flujo másico y la fracción de gas y agua por pozo productor. El simulador acoplado tiene los mismos límites que los simuladores individuales de pozo y yacimiento, por ejemplo la presión de cabezal constante y las condiciones del límite sin flujo en el campo más lejano. El principal beneficio del modelo acoplado es que las condiciones límite, en parte del pozo horizontal, son reemplazados por un límite del pozo dinámico para el modelo de yacimiento dinámico y viceversa. Los dos simuladores corren siempre en paralelo.

El uso de esta herramienta de simulación acoplada, es necesaria cuando la interacción pozo-yacimiento juega un papel decisivo en la estimación u optimización de la producción. Por consiguiente, se realizaron varios estudios para observar dicha interacción dinámica durante: la irrupción de gas, al haber conificación; el cierre y apertura de un pozo, ante una prueba DST e incluso para la simulación de un cambio sinusoidal al ajustar las válvulas para control de influjo. Los resultados de las simulaciones de pozos, yacimientos y pozo-yacimiento acoplado, todos ellos dinámicos; son presentados y se da una visión general de los casos donde los resultados de las simulaciones del acoplado son significativamente más precisas en comparación a las simulaciones autónomas de pozo o yacimiento.

Cuando se evaluó la conificación de gas, las simulaciones acopladas y no acopladas dan un comportamiento diferente de la presión transiente después de la irrupción de gas. El modelo dinámico de pozo en el modelo dinámico de yacimiento, resulta en presiones transientes mucho más rápidas después de rápidos cambios en la fracción de gas. Además, la simulación acoplada da una mejor predicción del efecto del levantamiento por gas natural que el simulador de yacimiento dinámico que usa curvas de levantamiento. Una consecuencia directa es una mejor predicción de la producción óptima para el control de la conificación de gas. La influencia del modelo dinámico de pozos sobre las presiones transientes y una predicción más exacta del efecto del levantamiento por gas natural seguida llevan a concluir que la simulación acoplada debe ser usada si se requiere una simulación precisa u optimización de la producción de petróleo durante la irrupción de gas.

Para las simulaciones de apertura y cierre, la importancia de la simulación acoplada es visible en las regiones donde la dinámica del pozo (almacenamiento del hoyo) juega un papel.

El simulador acoplado debe ser usado si ocurren fenómenos de pequeñas escalas de tiempo, en el orden de menos de un día. La interacción pozo-yacimiento juega un papel crucial y no puede ser negado. Para grandes escalas de tiempo, las transientes de pozo y yacimiento no coinciden parcialmente y, el simulador acoplado y del yacimiento dinámico dan resultados similares. Para muy largas escalas de tiempo, el simulador dinámico autónomo del yacimiento, el acoplado y el de pozo dinámico; darán los mismos resultados.

El simulador acoplado ha sido probado en un caso de prueba realista. El próximo paso será simular un campo real y comparar los resultados de la simulación acoplada con la información de campo medida.

Referencias Bibliográficas

Nennie E.D, Alberts G.J.N, Belfroid S.P.C, Peters E., Joosten G.J.P. “An Investigation Into the Need of a Dynamic Coupled Well-Reservoir Simulator”; paper SPE 110316, Noviembre 2007.