Funcion j Trabajo

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Contexto teórico función J usada en análisis petrofísicos

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UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

ESCUELA DE INGENIERÍA DE PETRÓLEOS

ANÁLISIS PETROFÍSICOS

FUNCIÓN J DE LEVERETT

María Fernanda Espejo, Erika Moreno Gil, Luz Dary Mateus.

INTRODUCCIÓN

El flujo de los fluidos de yacimientos través de medios porosos es el tema más

crucial en los estudios que se realizan acerca de los yacimientos hidrocarburíferos.

Esto sucede debido a que en su mayoría los fluidos son afectados en gran medida

por la geometría de los poros de las rocas que comprenden los yacimientos.

La geometría del medio poroso se ve influenciada por cambios ambientales y

geológicos que incluyen desde la compactación, la cementación, fracturas hasta

oxidación.

FUNCIÓN J DE LEVERETT

En 1939, Leverett desarrolló la función J en un intento de obtener una función

adimensional para promediar curvas de presión capilar, fundamentales para obtener

el comportamiento más representativo de un campo.

Usualmente es necesario comparar las curvas de presión capilar medidas en

diferentes núcleos de un mismo yacimiento. Debido a que la presión capilar se ve

afectada por la permeabilidad y la porosidad, es necesario corregir estos efectos

antes de que se realice una comparación. Esto se realiza con la función J.

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Basado en el hecho que la presión depende de la porosidad, la fuerza interfacial y

la geometría del poro, Leverett definió su función adimensional de saturación la cual

la llamó la función J.

J (Sw) = 𝑷𝒄

σ Cos θ * √

𝑲

J (Sw) = función j de Leverett

Pc = presión capilar (psi)

σ=tensión interfacial (dinas/cm)

k = permeabilidad (md)

∅ = porosidad (%)

Graficamente, la función J se expresa de la siguiente manera:

J= a (Sw) b

Donde a y b son parámetros de ajuste y Sw la saturación de agua. A continuación

se describirán los parámetros de los cuales la función J depende.

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Presión Capilar

Imag 1. Presión Capilar. Fuente: Capillary Pressure. Reservoir Engineering

Online

Esta presión es solo observable en presencia de dos fluidos inmiscibles en contacto

en un tubo capilar, el cual representa poros pequeños en una formación de un

yacimiento. Cuando dos fluidos inmiscibles están en contacto, forman una interfase

que surge debido a los efectos de la tensión interfacial. Esta interfase es una

superficie curva donde la presión en la parte cóncava es mayor que en la parte

convexa y esta diferencia de presiones es conocida como presión capilar.

Uno de los fluidos inmiscibles moja preferiblemente la superficie del tubo y es

conocido como el fluido mojante y el otro es el fluido no mojante. De esta forma, se

expresa la presión capilar:

Pc = Pnw – Pw

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Una expresión de la presión capilar que relaciona el radio del tubo capilar y la

tensión interfacial se deriva de un balance de presiones incluyendo tensión

interfacial y la presión hidrostática:

Donde σwo es la tensión interfacial, θwo es el ángulo de contacto y r es el radio de

tubo capilar.

La presión también puede ser expresada en términos de densidad y altura:

Tensión Interfacial

Cuando dos fluidos inmiscibles se encuentran en contacto existe una tensión entre

ellos o una interfaz y sea agua aceite, gas aceite o gas agua. Cuando son dos fluidos

inmiscibles, se hace referencia a una tensión interfacial. Cuando el contacto es agua

gas se conoce como tensión superficial.

Tensión Superficial

La tensión superficial se define en función al concepto de la energía libre de

superficie la cual representa el trabajo necesario a condiciones de presión y

temperatura constante para crear la superficie completa. Este trabajo, en el caso de

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los fluidos, se reparte de forma homogénea de manera que las moléculas se

desplazan fácilmente. De esta forma, es posible definir la tensión superficial, a groso

modo, como el trabajo que debe realizarse para llevar una cantidad considerable de

moléculas del interior de la sustancia hasta su superficie para crear una nueva

unidad de la misma.

Así mismo, es importante destacar que ante las fuerzas presentes en el fenómeno

de desplazamiento de moléculas, la superficie tiende a contraerse ocupando el área

más pequeña posible, que la vida promedio de una gota posteriormente a su

desplazamiento a superficie varía en un rango de 6 a 10 segundos y que los

sistemas que presentan un valor considerable de la propiedad, se caracterizan por

estar compuestos de una fase líquida y su respectivo vapor o fase gaseosa,

mientras que si presenta fase sólida tendrá valores notables de tensión interfacial.

Esta propiedad puede ser medida por medio de diferentes métodos, siendo el anillo

de Noüy el más conocido. Dicho método calcula el diferencial de fuerza que se

ejerce sobre un anillo, generalmente de aluminio, cuando la fase líquida está por

romperse y lo relaciona con el diámetro (D) del anillo de la siguiente forma:

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𝛾 = ∆𝐹

2𝜋𝐷

Cabe resaltar que en la industria petrolera, el cálculo de la tensión superficial es

importante al momento de hallar caídas de presión en tubería cuyos valores se usan

para minimizar las pérdidas de energía en el paso del fluido de yacimiento a

superficie, para determinar el radio y la longitud indicada de la tubería, entre otras

aplicaciones. Sin embargo y dada la influencia de las características propias de los

diferentes tipos de fluidos, se han determinado experimentalmente algunas

relaciones matemáticas para hallar la tensión superficial del tipo de fluido específico

para cada caso, por ejemplo:

𝛾 = (42,2 − 0,047𝑇 − 0,267°𝐴𝑃𝐼)𝑒−0,0007𝑃 Aceite saturado

𝛾𝑎𝑔𝑢𝑎 = 52,5 − 0,006(𝑃) 𝛾𝑔𝑎𝑠 = 76𝑒−0,00025(𝑃) Sistema agua-aceite

𝛾 = (280−𝑇

206) (𝛾𝑎𝑔𝑢𝑎 − 𝛾𝑎𝑖𝑟𝑒)

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Porosidad

Es la medida de espacios vacíos que pueden almacenar fluidos en una roca y

está definida como una relación entre esos espacios vacíos y el volumen total

de la roca.

∅ =𝑉𝑝𝑜𝑟𝑜𝑠𝑜

𝑉𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙

Se pueden encontrar tres tipos de porosidad de acuerdo a la conexión entre

poros: Porosidad absoluta, efectiva y aislada.

Permeabilidad

Capacidad de una roca de permitir el paso de fluidos a través de los poros

interconectados. Este parámetro de yacimiento también puede ser dividido de

acuerdo a saturación del fluido que contenga la roca. Se divide en permeabilidad

absoluta, efectiva y relativa.

UTILIDAD DE LA FUNCIÓN J EN LA INDUSTRIA DEL PETRÓLEO

Es una herramienta poderosa para el desarrollo de técnicas nuevas y veloces de

mejoramiento de procesos que intentan obtener un punto de vista más exacto de

la distribución de los fluidos del yacimiento.

Algunos de estas aplicaciones son:

Recobro de inyección de agua.

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Inicialización de modelos de simulación que mejoran la distribución inicial de

la saturación de agua para una representación tridimensional.

CONCLUSIONES

La función J fue desarrollada para evaluar un tipo de roca pero el uso

más apropiado es generar una función J para cada tipo de roca con

una estructura porosa similar.

La función J es útil en correlaciones de presión capilar y por ello

permite obtener valores más exactos de saturación de agua en la

simulación de modelos.

REFERENCIAS

Sivila, Lina J. A petrophysical evaluation of capillary pressure for a naturally

fractured tight gas sandstone reservoir: A case study. Colorado School of

Mines.

Meza, Karen E. Parámetros Petrofísicos Compuestos en la Caracterización

de Yacimientos. Universidad Nacional Autónoma de México.

Escobar, Freddy H. Fundamentos de Ingeniería de Yacimientos. Editorial

Universidad Surcolombiana. Neiva Huila, Colombia.