Mejoramiento de los Yacimientos Virtuales
¿Inyección de agua, inyección de gas, o perforación de pozos de relleno? Mediante un laboratorio de escritorio, los ingenieros pueden probar escenarios de desarrollo de yacimientos, evaluar cientos e incluso miles de posibles trayectorias de pozos y, en forma iterativa, desarrollar una mejor solución antes que empiecen a elevarse los costos de los equipos de perforación.
La naturaleza de un yacimiento se asemeja bastante a los misterios de las estrellas; ambas cosas están distantes y accesibles sólo para la tecnología de sensores remotos. Los astrónomos utilizan sus telescopios y conjuntos de antenas y, mediante el estudio detallado de las frecuencias ópticas, de radio y de rayos X captadas, caracterizan una pequeña proporción del espacio infinito, en su mayoría, características importantes como las galaxias y nebulosas, o las estrellas dentro de nuestra propia galaxia. La situación no es muy distinta para los geocientíficos e ingenieros, que se basan en los sistemas de sensores remotos para comprender las características más importantes del subsuelo, como la formación de límites y fallas.
Al igual que nuestros colegas que miran hacia arriba y envían cohetes al espacio para obtener datos detallados de una pequeñísima fracción del universo, en la industria del petróleo, obtenemos información detallada de las inmediaciones de los pozos en la profundidad del yacimiento.
Ya sea desde el espacio exterior o desde el subsuelo, los datos ofrecen un panorama limitado de los entornos remotos. Para comprender el cosmos, los científicos diseñan modelos, simulaciones de la forma en que ellos piensan que se comporta el universo, y comparan dichos modelos con la realidad representada por la información recopilada. En nuestra industria, hacemos lo mismo, por ejemplo, el modelado de cuencas y yacimientos, y los modelos geomecánicos. Cotejamos los modelos con los datos sísmicos, recortes y núcleos de rocas, registros de pozos y, en último término, con la producción de hidrocarburos.
En 1949, Morris Muskat dio a conocer que estaba trabajando en una simulación por computadora para determinar el espaciamiento óptimo entre los pozos.
Los primeros simuladores de yacimientos simples aparecieron en la década de 1950 como soluciones de ecuaciones diferenciales para el flujo de fluidos en un material homogéneo con geometría sencilla. Más tarde, se programaron las computadoras para modelar los flujos a través de bloques del subsuelo.
Durante la década de 1960, el avance en los algoritmos de cálculo permitió resolver las ecuaciones en forma más rápida y precisa. Los modelos se hicieron más grandes y más complejos con el aumento de la velocidad y la memoria de las computadoras, y con la mayor sofisticación de los algoritmos. Se agregaron más elementos físicos, extendiendo las soluciones del flujo monofásico hasta el flujo de tres fases—gas, petróleo y agua—que permitió entonces tomar en cuenta los cambios de la composición del gas y el petróleo debidos a la presión y la temperatura. Los métodos para solucionar las geometrías irregulares eliminaron la necesidad de modelar bloques de yacimientos con retículas (mallas, cuadrículas) rectangulares.
Hasta hace poco, los simuladores resolvían el yacimiento en bloques de cientos de metros; significativamente más grandes que el equivalente a la resolución de la información sísmica y de registros de pozos utilizada en el modelado geológico.
En la actualidad, los simuladores de yacimientos pueden manejar muchos más bloques y modelar una geología más compleja, permitiendo una mayor consistencia con los modelos geológicos.
La incorporación de datos geológicos complejos permite tener un modelo de yacimiento más realista, que se puede utilizar para comparar sus soluciones con datos históricos de producción, a fin de confirmar o mejorar el modelo geológico.
El programa de computación de simulación también ha cambiado con los avances en la tecnología de perforación. Los pozos multilaterales y de alcance extendido ofrecen más opciones para el drenaje de los yacimientos.
Un pozo multilateral se bifurca en el subsuelo para drenar varios horizontes o proporcionar varias entradas hacia la misma formación para mejorar su alcance espacial y su recuperación. Los ingenieros deben decidir el emplazamiento óptimo de estos pozos ramificados, por ello la capacidad de modelar estos yacimientos antes de la perforación resulta extremadamente importante. Debido a que los hidrocarburos pueden provenir de diferentes zonas con propiedades de fluidos muy diferentes, los modelos deben también considerar estas dificultades.
La capacidad actual de solucionar modelos complejos se debe en gran parte a la increíble superación de la velocidad de procesamiento de las computadoras. Un tiempo de ejecución máximo deseado para una simulación de un gran yacimiento es “de una noche,” de modo que la velocidad mayor de las computadoras normalmente se traduce en modelos más grandes o cada vez más complejos, o ambos, en la medida en que el resultado esté listo a la mañana siguiente. Recientes avances en el procesamiento en paralelo han aumentado la velocidad de los simuladores; sin embargo, como se describe más adelante, por lo general, el tiempo de ejecución no se reduce a la mitad duplicando la cantidad de procesadores.
Al principio de la era de la simulación de yacimientos, éste era un tema sólo para los especialistas que diseñaban los programas de computadora y ejecutaban los simuladores, y el desarrollo de los programas de computación se efectuaba principalmente en las grandes compañías petroleras. El simulador normalmente se reprogramaba para cada nueva situación para representar las diferencias en los yacimientos. Las mejoras en un modelo tendían a estar relacionadas paralelamente con la estrategia de desarrollo de activos de la empresa: por ejemplo, los modelos de doble porosidad se desarrollaban sólo para los yacimientos grandes y fracturados. A medida que mejoró la tecnología, también lo hizo el equipo de especialistas, distinguiéndose finalmente los que desarrollaban el código del programa de aquéllos que ejecutaban los modelos. Generalmente las dos disciplinas mantenían estrechas relaciones, y normalmente ambas se centralizaban en un grupo de soporte técnico.
Con el tiempo, la demanda de la simulación de yacimientos aumentó y las compañías comenzaron a instalar copias de los simuladores fuera de las instalaciones centralizadas. Con los programas y usuarios lejos de los equipos de desarrollo, la documentación y la facilidad del uso de programas de computación adquirieron una importancia mucho mayor. Dado que los equipos de desarrollo de simuladores de yacimientos de las grandes compañías petroleras no tenían los conocimientos necesarios para producir interfaces de usuario, nació la era de los paquetes de programas de computación para la simulación de yacimientos suministrados por proveedores externos.
Si bien aún existen programas de modelado de yacimientos desarrollados en forma interna, la tendencia ha variado, de los simuladores propios y mantenidos por las diferentes compañías petroleras a los simuladores adquiridos a proveedores de programas de computación externos. En la actualidad, el objetivo es simplificar el uso del programa, con generación automática de retículas, importación fácil de datos geológicos, de fluidos y de formaciones, y representación gráfica de los resultados que los usuarios requieren.
Actualmente, los dos principales simuladores comerciales son el modelo ECLIPSE de Schlumberger GeoQuest y el simulador VIP de Landmark Graphics. Ambos paquetes incluyen modelos para petróleo negro y composicionales, con y sin mezcla de gas y petróleo. Otros simuladores son poderosos en nichos específicos: el modelo STARS, de Computer Modelling Group, Ltd., simula procesos térmicos, como el desplazamiento con vapor.
Un programa de computación de simulación puede crear, manejar y mostrar resultados de un yacimiento virtual. Una tecnología de simuladores sin precedentes permite incluir pozos más realistas en el modelo, cada uno con varios segmentos, como los pozos con múltiples ramas laterales, terminaciones complicadas y la inclusión de controles inteligentes en el fondo del pozo en la simulación.
Tomado de: Oilfield Review por John O. Afilaka; Caracas, Venezuela
La naturaleza de un yacimiento se asemeja bastante a los misterios de las estrellas; ambas cosas están distantes y accesibles sólo para la tecnología de sensores remotos. Los astrónomos utilizan sus telescopios y conjuntos de antenas y, mediante el estudio detallado de las frecuencias ópticas, de radio y de rayos X captadas, caracterizan una pequeña proporción del espacio infinito, en su mayoría, características importantes como las galaxias y nebulosas, o las estrellas dentro de nuestra propia galaxia. La situación no es muy distinta para los geocientíficos e ingenieros, que se basan en los sistemas de sensores remotos para comprender las características más importantes del subsuelo, como la formación de límites y fallas.
Al igual que nuestros colegas que miran hacia arriba y envían cohetes al espacio para obtener datos detallados de una pequeñísima fracción del universo, en la industria del petróleo, obtenemos información detallada de las inmediaciones de los pozos en la profundidad del yacimiento.
Ya sea desde el espacio exterior o desde el subsuelo, los datos ofrecen un panorama limitado de los entornos remotos. Para comprender el cosmos, los científicos diseñan modelos, simulaciones de la forma en que ellos piensan que se comporta el universo, y comparan dichos modelos con la realidad representada por la información recopilada. En nuestra industria, hacemos lo mismo, por ejemplo, el modelado de cuencas y yacimientos, y los modelos geomecánicos. Cotejamos los modelos con los datos sísmicos, recortes y núcleos de rocas, registros de pozos y, en último término, con la producción de hidrocarburos.
En 1949, Morris Muskat dio a conocer que estaba trabajando en una simulación por computadora para determinar el espaciamiento óptimo entre los pozos.
Los primeros simuladores de yacimientos simples aparecieron en la década de 1950 como soluciones de ecuaciones diferenciales para el flujo de fluidos en un material homogéneo con geometría sencilla. Más tarde, se programaron las computadoras para modelar los flujos a través de bloques del subsuelo.
Durante la década de 1960, el avance en los algoritmos de cálculo permitió resolver las ecuaciones en forma más rápida y precisa. Los modelos se hicieron más grandes y más complejos con el aumento de la velocidad y la memoria de las computadoras, y con la mayor sofisticación de los algoritmos. Se agregaron más elementos físicos, extendiendo las soluciones del flujo monofásico hasta el flujo de tres fases—gas, petróleo y agua—que permitió entonces tomar en cuenta los cambios de la composición del gas y el petróleo debidos a la presión y la temperatura. Los métodos para solucionar las geometrías irregulares eliminaron la necesidad de modelar bloques de yacimientos con retículas (mallas, cuadrículas) rectangulares.
Hasta hace poco, los simuladores resolvían el yacimiento en bloques de cientos de metros; significativamente más grandes que el equivalente a la resolución de la información sísmica y de registros de pozos utilizada en el modelado geológico.
En la actualidad, los simuladores de yacimientos pueden manejar muchos más bloques y modelar una geología más compleja, permitiendo una mayor consistencia con los modelos geológicos.
La incorporación de datos geológicos complejos permite tener un modelo de yacimiento más realista, que se puede utilizar para comparar sus soluciones con datos históricos de producción, a fin de confirmar o mejorar el modelo geológico.
El programa de computación de simulación también ha cambiado con los avances en la tecnología de perforación. Los pozos multilaterales y de alcance extendido ofrecen más opciones para el drenaje de los yacimientos.
Un pozo multilateral se bifurca en el subsuelo para drenar varios horizontes o proporcionar varias entradas hacia la misma formación para mejorar su alcance espacial y su recuperación. Los ingenieros deben decidir el emplazamiento óptimo de estos pozos ramificados, por ello la capacidad de modelar estos yacimientos antes de la perforación resulta extremadamente importante. Debido a que los hidrocarburos pueden provenir de diferentes zonas con propiedades de fluidos muy diferentes, los modelos deben también considerar estas dificultades.
La capacidad actual de solucionar modelos complejos se debe en gran parte a la increíble superación de la velocidad de procesamiento de las computadoras. Un tiempo de ejecución máximo deseado para una simulación de un gran yacimiento es “de una noche,” de modo que la velocidad mayor de las computadoras normalmente se traduce en modelos más grandes o cada vez más complejos, o ambos, en la medida en que el resultado esté listo a la mañana siguiente. Recientes avances en el procesamiento en paralelo han aumentado la velocidad de los simuladores; sin embargo, como se describe más adelante, por lo general, el tiempo de ejecución no se reduce a la mitad duplicando la cantidad de procesadores.
Al principio de la era de la simulación de yacimientos, éste era un tema sólo para los especialistas que diseñaban los programas de computadora y ejecutaban los simuladores, y el desarrollo de los programas de computación se efectuaba principalmente en las grandes compañías petroleras. El simulador normalmente se reprogramaba para cada nueva situación para representar las diferencias en los yacimientos. Las mejoras en un modelo tendían a estar relacionadas paralelamente con la estrategia de desarrollo de activos de la empresa: por ejemplo, los modelos de doble porosidad se desarrollaban sólo para los yacimientos grandes y fracturados. A medida que mejoró la tecnología, también lo hizo el equipo de especialistas, distinguiéndose finalmente los que desarrollaban el código del programa de aquéllos que ejecutaban los modelos. Generalmente las dos disciplinas mantenían estrechas relaciones, y normalmente ambas se centralizaban en un grupo de soporte técnico.
Con el tiempo, la demanda de la simulación de yacimientos aumentó y las compañías comenzaron a instalar copias de los simuladores fuera de las instalaciones centralizadas. Con los programas y usuarios lejos de los equipos de desarrollo, la documentación y la facilidad del uso de programas de computación adquirieron una importancia mucho mayor. Dado que los equipos de desarrollo de simuladores de yacimientos de las grandes compañías petroleras no tenían los conocimientos necesarios para producir interfaces de usuario, nació la era de los paquetes de programas de computación para la simulación de yacimientos suministrados por proveedores externos.
Si bien aún existen programas de modelado de yacimientos desarrollados en forma interna, la tendencia ha variado, de los simuladores propios y mantenidos por las diferentes compañías petroleras a los simuladores adquiridos a proveedores de programas de computación externos. En la actualidad, el objetivo es simplificar el uso del programa, con generación automática de retículas, importación fácil de datos geológicos, de fluidos y de formaciones, y representación gráfica de los resultados que los usuarios requieren.
Actualmente, los dos principales simuladores comerciales son el modelo ECLIPSE de Schlumberger GeoQuest y el simulador VIP de Landmark Graphics. Ambos paquetes incluyen modelos para petróleo negro y composicionales, con y sin mezcla de gas y petróleo. Otros simuladores son poderosos en nichos específicos: el modelo STARS, de Computer Modelling Group, Ltd., simula procesos térmicos, como el desplazamiento con vapor.
Un programa de computación de simulación puede crear, manejar y mostrar resultados de un yacimiento virtual. Una tecnología de simuladores sin precedentes permite incluir pozos más realistas en el modelo, cada uno con varios segmentos, como los pozos con múltiples ramas laterales, terminaciones complicadas y la inclusión de controles inteligentes en el fondo del pozo en la simulación.
Tomado de: Oilfield Review por John O. Afilaka; Caracas, Venezuela
