Ecuación de flujo fraccional - III

Si el petróleo en el yacimiento contiene cierta cantidad de gas en solución, entonces:

Ecuación de flujo fraccional - II

La densidad del gas en el yacimiento, ps, se expresará luego como gravedad específica relativa al agua, no al aire, y se calcula usando la siguiente ecuación:

Luego, la densidad del gas en condiciones de superficie se calcula por:

Ecuación de flujo fraccional - I

Al igual que en los desplazamientos por agua, la ecuación de flujo fraccional para un desplazamiento de petróleo por gas se determina usando los procedimientos analíticos desarrollados originalmente por Buckley y Leverett, basados en la ley de Darcy y en el concepto de permeabilidades relativas a dos fases, discutidos en el Capítulo 4. Esta ecuación fue desarrollada con base en las siguientes suposiciones:

1. Flujo lineal y continuo de dos fases. 2. El desplazamiento se lleva a cabo a una presión y temperatura constante. 3. Se aplica sólo cuando el petróleo es desplazado por un agente extemo inmiscible, lo que implica que el desplazamiento se lleva a cabo en condiciones de equilibrio. 4. El agua connata es inmóvil. 5. El avance del gas es paralelo a los estratos de la formación. Suponiendo que sólo están fluyendo el petróleo y el gas, en cualquier punto del sistema, el flujo fraccional de gas es igual a la fracción del flujo total que está fluyendo en ese punto, esto es:

donde las tasas de flujo de gas y de petróleo, <7 , y q₀, respectivamente, se expresan en condiciones de yacimiento.

Si la ecuación de flujo fraccional se utiliza para describir el desplazamiento de petróleo debido a la expansión de la capa de gas, el fluido desplazante es no mojante y por lo tanto, Pc =pg -pcyAp=pg -pD. En consecuencia, la ecuación de flujo fraccional de gas será la siguiente, teniendo presente que en este caso el gas se inyecta buzamiento abajo:

Ecuaciones fundamentales

La discusión del Capítulo 4 también se aplica al desplazamiento de petróleo por empuje de gas; sin embargo, debido a las altas razones de viscosidades petróleo-gas y a las altas relaciones de permeabilidades relativas gas-petróleo, para bajas saturaciones de gas, la eficiencia del desplazamiento por gas generalmente es mucho menor que la eficiencia del desplazamiento por agua, a menos que el desplazamiento por gas esté acompañado por una segregación gravitacional considerable. 

Esta es básicamente la causa de bajas recuperaciones en yacimientos producidos por el mecanismo de empuje por gas en solución. El efecto de segregación gravitacional en yacimientos de petróleo con empuje hidrostático es de ordinario de mucha menor importancia, debido a mayores eficiencias de desplazamiento y a menores diferencias en las densidades petróleo-agua, mientras que lo contrario es generalmente cierto en sistemas gas-petróleo. Welge demostró que es posible omitir las fuerzas capilares en ambos casos. La aproximación de un sistema lineal a la teoría de avance frontal provee un modelo exacto para el caso de inyección en la capa de gas. Este modelo, que se detalla a continuación, es aplicable a un proceso inmiscible donde el desplazamiento está ocurriendo en un sistema homogéneo lineal de espesor neto constante, similar al mostrado en la Figura 6.1.

Adicionalmente, el método modela sistemas horizontales con inyección periférica y empuje en línea. Mientras no se especifique, la aproximación será directamente aplicable a una expansión de la capa de gas.

Mecanismos de desplazamiento

La inyección de gas dentro del yacimiento puede aumentar la tasa de flujo de petróleo debido a los siguientes mecanismos4: 1. Reducción de la viscosidad 2. Aumento de la energía del yacimiento 3. Eliminación de depósitos sólidos 4. Vaporización

1. Reducción de la viscosidad El gas inyectado se disuelve en el petróleo crudo y reduce su viscosidad y, por lo tanto, la resistencia al flujo cerca del pozo de inyección también se reduce. De esta manera, se forma un banco de petróleo de menor viscosidad alrededor del pozo. Sólo se requieren reducciones moderadas para lograr los beneficios de este mecanismo, pero, para que esto ocurra, la eficiencia del contacto del gas inyectado y el petróleo debe ser buena. 
2. Aumento de la energía del yacimiento El gas inyectado aumenta la energía del yacimiento, efecto transitorio que dura sólo un corto tiempo, lo cual puede ser el principal efecto cuando los períodos de inyección de gas son cortos. 
3. Eliminación de depósitos sólidos La tasa de flujo de petróleo aumentará al eliminar, del pozo inyector o de las zonas adyacentes del yacimiento, los depósitos sólidos de hidrocarburos, como los asfáltenos. Hay que tener en cuenta, sin embargo, que el flujo de petróleo se reducirá como consecuencia del aumento de la saturación de gas. 
4. Vaporización En algunos casos este mecanismo puede ser el causante de que se produzcan cantidades adicionales de petróleo por recuperación secundaria: una porción del petróleo contactado por el gas seco inyectado se vaporiza y se mueve hacia los pozos productores en la fase de vapor.

Inyección de gas

1. Introducción 

La inyección de gas en yacimientos petrolíferos ha sido una técnica empleada desde finales del siglo XIX con propósitos de recuperación secundaria. La idea de usar gas para mejorar la productividad de los pozos de petróleo fue propuesta por Dinsmoor en 1864', quien más tarde, en 1891, al inyectar gas proveniente de una arena en otra, logró doblar la producción de petróleo; posteriormente, en 1895, combinó la represurización de gas con el uso de bombas de vacío en los pozos de petróleo. Se considera que ésta fue la primera vez que se utilizó un compresor en operaciones de inyección de gas.

A diferencia de la inyección de agua donde solamente ocurre un desplazamiento inmiscible, en el proceso de inyección de gas puede darse, tanto un desplazamiento miscible como un desplazamiento inmiscible. Este capítulo sólo tratará lo relativo al desplazamiento inmiscible de petróleo. 

La inyección de gas en un yacimiento de petróleo se realiza bien sea denfro de la capa de gas si ésta existe o, directamente, dentro de la zona de petróleo. Cuando existe una capa de gas originalmente en el yacimiento, o cuando se ha ido formando una por segregación durante la etapa de producción primaria, el gas inyectado ayuda a mantener la presión del yacimiento y hace que el gas de la capa entre en la zona de petróleo y lo empuje hacia los pozos productores. Si la inyección se realiza en un yacimiento sin capa de gas, el gas inyectado fluye radialmente desde los pozos inyectores y empuja el petróleo hacia los pozos productores. 

El gas que se inyecta es, generalmente, un hidrocarburo. Se ha intentado inyectar aire, pero tiene varias desventajas: corrosión en los pozos, oxidación del petróleo y riesgos de explosión, entre otros. También, se inyecta N2 en lugar de gas natural por resultar más económico, aun cuando es menos eficiente.

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