Historia y avances de la simulación numérica de yacimientos

La Simulación de Yacimientos ha sido practicada desde el inicio de la Ingeniería de Petróleo. En la década de los 40, el potencial de la simulación de yacimientos fue reconocido y muchas compañías iniciaron el desarrollo de modelos analógicos y numéricos con la finalidad de mejorar las soluciones analíticas existentes (cálculo de balance de materiales y desplazamiento 1-D de Buckley-Leverett).

En la década de los 50, se llevaron a cabo investigaciones en lo que respecta a solución numérica de ecuaciones de flujo. Como resultado, se obtuvieron programas de computador para simulación de yacimientos, aunque sencillos pero útiles. Estos programas representaron el mayor avance y usaron la solución de un conjunto de ecuaciones de diferencias finitas para describir el flujo multifásico 2-D y 3-D en medios porosos heterogéneos. Fue la primera vez que los Ingenieros de Yacimientos lograron resolver problemas complejos.

En la década de los 60, el desarrollo de la Simulación de Yacimientos, estuvo dirigida a resolver problemas de yacimientos de petróleo en tres fases. Los métodos de recuperación que fueron simulados incluían depletación de presión y varias formas de mantenimiento de presión. Los programas desarrollados operaban en grandes computadores (Mainframe) y usaban tarjetas para el ingreso de datos.

Durante la década de los 70, la tendencia cambió bruscamente, debido al creciente número de investigaciones en procesos EOR, avances en técnicas de simulación numérica y la disminución del tamaño e incremento de velocidad de los computadores.

Los simuladores matemáticos fueron desarrollados de tal manera que incluían procesos de inyección química, inyección de vapor y combustión in situ. La investigación durante este período resultó en avances significativos en lo que respecta a la caracterización de la física del hidrocarburo en el desplazamiento bajo la influencia de la temperatura, agentes químicos y comportamiento de fase multicomponente.

Durante la década de los 80, el rango de las aplicaciones de la simulación de yacimientos continuó expandiéndose. La descripción de yacimientos avanzó hacia el uso de la GeoEstadística para describir heterogeneidades y proporcionar una mejor definición del yacimiento.

Se desarrolló la tecnología para modelar yacimientos naturalmente fracturados, incluyendo efectos composicionales. Asimismo, el fracturamiento hidráulico y pozos horizontales y su aplicación al monitoreo del yacimiento. Al inicio de esta década, las aplicaciones fueron hechas en grandes computadores (Mainframe), al final de la década se empezaron a usar microcomputadores.

Actualmente, computadores personales y una gran cantidad de sistemas de simulación de reservorios, proporcionan al Ingeniero, un medio económico y eficiente para resolver complejos problemas de Ingeniería de Yacimientos.

Avances recientes

Los avances recientes se han centrado principalmente en los puntos siguientes :

1.- Descripción del Yacimiento.

2.- Yacimientos Naturalmente Fracturados.

3.- Fracturamiento Hidráulico.

4.- Pozos Horizontales.

Referente a descripción del Yacimiento, se están aplicando técnicas estocásticas sustentadas en lo siguiente :

a).- Información incompleta del yacimiento en todas sus escalas.

b).- Compleja deposición de facies en el espacio.

c).- Propiedades de roca variables.

d).- Relación desconocida entre propiedades.

e).- Abundancia relativa de muestras con información proveniente de los pozos.

Referente a yacimientos naturalmente fracturados, la simulación se ha extendido a aplicaciones composicionales e inyección cíclica de vapor.

Respecto a fracturamiento hidráulico, se ha enfatizado en la predicción de la geometría de la fractura. Se dispone de varias técnicas para predecir la distribución de los esfuerzos in situ, mejorando de esta forma la simulación del crecimiento de la fractura en el sentido vertical y lateral.

El objetivo de la simulación de pozos horizontales es estudiar los efectos de longitud del pozo, ángulo de inclinación, heterogeneidades locales, permeabilidad direccional, barreras y caída de presión en el pozo. La simulación exacta de los fenómenos cerca al pozo, ha permitido estudiar los efectos que tienen los pozos horizontales sobre la productividad, intersección de fracturas, conificación y recuperación de hidrocarburos.

Referencias:
1.- "Fundamentals of Numerical Reservoir Simulation" - Donald Peaceman - Elsevier Scientific Publishing Company - 1977; 173 pag.
2.- "Reservoir Simulation" - Calvin C. Mattax and Robert L. Dalton - SPE Monograph Volume 13 - 1990; 161 pag.
3.- "Modern Reservoir Engineering - A Simulation Approach" - Henry B. Crichlow - Prentice Hall Inc. - 1977 - 354 pag.
4.- Universidad Nacional de Ingeniería, Facultad de Ingeniería de Petróleo