Procedimiento de calibración de pozos en Simulación Numérica de Yacimientos

Procedimiento de calibración de pozos en Simulación Numérica de Yacimientos

La calibración de pozos después del cotejo de historia en simulación de yacimientos, asegura que los pozos originan producciones razonables durante la fase de predicción. Este proceso generalmente consume mucho tiempo. La cantidad de trabajo de ensayo y error incrementa dramáticamente a medida que el número de pozos y la productividad de los pozos aumenta. Además, los modelos de simulación de yacimientos son cada día más grandes a medida que las computadoras expanden sus límites. Un modelo de yacimientos con cientos de pozos de alta productividad puede tomar meses para calibrarlo usando métodos convencionales. El trabajo presenta un procedimiento sistemático para calibrar los pozos que logra un alto nivel de rendimiento y requiere solo una fracción del tiempo normal. Se demuestra que una simple planificación con la aplicación del método propuesto, en un yacimiento con 500 pozos de alta productividad puede ser calibrado en un par de días después de obtener un cotejo de historia exitoso. El procedimiento denominado PFV es general y se puede aplicar a cualquier yacimiento.

Introducción.

La calibración se puede definir como el ajuste de los parámetros del modelo del pozo para cotejar las tasas de producción observadas a determinadas contra presiones. Estas contra presiones pueden ser en el fondo, FBHP o en el cabezal del pozo, WHP. Cuando se especifica la presión de fondo fluyendo, FBHP, el modelo considera que es una restricción que no se modela. Cuando se especifica WHP, el pozo se modela usando el comportamiento en la tubería de producción por medio de tablas. Esto significa que las condiciones de superficie y la hidráulica de pozos son críticas para la predicción de las tasas de flujo. La calibración contra FBHP es directa y no será tratada en el trabajo. Este trabajo se enfoca en la calibración contra WHP, la cual es muy complicada. El proceso se realiza por ensayo y error. Además puede que no haya solución entre la tabla de flujo y la curva de comportamiento de influjo. Sin embargo, la tasa de flujo calculada de la fase de predicción es más confiable. Experiencias en Saudi Aramco demuestran que el proceso de calibración es tedioso y largo. En promedio, toma alrededor de 3.3 semanas para calibrar un modelo de yacimientos de 150 pozos. Además, los modelos de yacimiento cada vez son más grandes y contienen cientos y aún miles de pozos debido al rápido desarrollo de las computadoras. Además, el procedimiento de calibración varía de acuerdo con el simulador de yacimiento. Por lo tanto, será más beneficioso desarrollar un procedimiento eficiente que se puedan aplicar a todos los simuladores de yacimientos disponibles.

Procedimiento.

Un procedimiento típico para la calibración de un pozo es el siguiente: El ingeniero de simulación recibe un conjunto de tablas de flujo del departamento de producción e inserta estas tablas en los datos del simulador y específica para los pozos las presiones medidas en el cabezal. Después de realizar la simulación se chequea para ver si las tasas calculadas cotejan con las tasas de los pozos, si no cotejan, se ajustan los multiplicadores de IP. Si no hay solución con ninguna de las tablas de flujo, se solicitan nuevas tablas de flujo y se ajustan los multiplicadores del IP hasta que las tasas calculadas cotejan las tasas de prueba. Se efectúan nuevas simulaciones, usando nuevas tablas y ajustado los IP hasta que las tasas calculadas cotejan con las tasas de los pozos. Existen varias dificultades con este procedimiento. Primero, el mejor estimado de las tablas de flujo no garantiza una solución a la tasa cuando se aplica el modelo de simulación de yacimiento. Desafortunadamente, no existen criterios precisos para especificar las nuevas tablas de flujo que produzca un buen ajuste con los datos de campo. Segundo, los parámetros de los pozos, son sensibles a los cambios; por ejemplo, la variación de una tasa de flujo afecta la  producción de los vecinos. Por lo tanto, un pozo que se calibra en una iteración anterior puede que la pierda por cambios en las tasas de los pozos vecinos. Tercero, con el objeto de ajustar la tasa de prueba de los pozos, se cambia el IP. Pero resulta difícil cotejar la tasa y el IP al mismo tiempo. Cuarto, los métodos de ensayo y error tienen muchos problemas para cotejar la producción de los pozos cuando la caída de presión es pequeña. La investigación se llevó a cabo para determinar cuanto tiempo se consume en calibrar el cotejo de historia de un yacimiento. Los resultados obtenidos con 12 modelos, entre ellos Eclipse, Chears y MARS y 11 usuarios. El tiempo promedio de calibración fue de 16.5 días para un modelo de 152 pozos, para 300 pozos fue de 6 semanas, en general el tiempo de calibración aumenta con el número de pozos.

La reingeniería del Proceso de Calibración.

Se intenta automatizar el proceso de calibración desarrollando programas de computación para llevar a cabo los cálculos que generalmente se realizan manualmente. El procedimiento puede fallar porque no existe garantía que un conjunto de tablas provean un cotejo razonable con las medidas de campo. Cuando no existe una tasa que sea solución de las tablas de flujo, el programa automático no puede proceder a conseguir la solución de calibración para todos los pozos. El nuevo procedimiento de calibración se desarrolló para establecer la distribución de presión en el yacimiento e integrar las condiciones de flujo de los pozos calculados por el simulador con la tabla de flujo generada por las facilidades del simulador. Este procedimiento denominado PFV después de tres etapas en la calibración: Distribución de Presión, generación de tablas de Flujo y la Validación de las tablas de flujo. El procedimiento PFV cotejas las tasas de flujo, las presiones en el cabezal y los IP de los pozos simultáneamente. Los tres pasos de calibración se describen a continuación.

Paso 1. Distribución de Presiones en el Yacimiento.

Esta paso establece la distribución de presiones en el yacimiento y por lo tanto las condiciones de flujo basadas en las tasas de prueba de los pozos usando un simulador de yacimiento. Las tasas de prueba dadas para los pozos permiten al simulador calcular las condiciones de flujo para todos los pozos en el modelo de simulación de yacimientos. Un programa de computadora combina las condiciones de flujo (tasas, corte de agua, RGP y presión del bloque), las presiones en el cabezal y el IP. Otro programa calcula los multiplicadores de IP, tal que los IP resultantes sean idénticos a los IP de los pozos en el campo. Puesto que los cambios de IP, cambian el corte de agua y la RGP, este paso se itera hasta dicho cambios sean mínimos.

Paso 2. Generación de las Tablas de Flujo.

Este paso coteja el índice de productividad mientras se generan la tabla de flujo para cada pozo, usando las facilidades del simulador. La tabla de flujo se crea para cada pozo con base a la geometría del pozo usando las facilidades del simulador. Un programa de computadoras calcula el IP del pozo de estas tablas de flujo y las condiciones de flujo del pozo del archivo creado en el paso 1. El IP calculado se compara con el IP del campo. Si no cotejan el programa ajusta la eficiencia de flujo en el pozo automáticamente y corre nuevamente las facilidades del simulador. La iteración se detiene cuando el IP calculado se encuentra alrededor del 1% de los IP de campo. Para mejores resultados predictivos se pueden variar las correlaciones de flujo bifásico, la rugosidad relativa y las correlaciones o datos PVT.

Paso 3. Validación de las Tablas de Flujo.

Este paso verifica que las tablas de flujo generadas en el paso 2 son consistentes con el modelo del yacimiento usado en la simulación del yacimiento, del paso 1. Se efectúa una corrida de simulación con las tablas de flujo generadas en el paso 2 en el modelo de simulación. Un programa de computación compara las presiones en el cabezal calculadas con las presiones del cabezal medidas en el campo para cada pozo. Luego, si es necesario, se ajusta el multiplicador de IP automáticamente hasta que las presiones del cabezal calculadas y medidas, sea menor de 5 lpc. Se observa que deben realizarse ajustes menores y el propósito de este paso es validar la consistencia de los datos de entrada, lo cual es cual es crucial cuando están involucrados muchos pozos. Algunos simuladores no calculan las presiones la presión del cabezal cuando se específica la tasa del pozo. En este caso la presión del cabezal se suministra como dato y se calcula la tasa de flujo y se compara con la tasa de la prueba. Este paso se termina cuando la máxima diferencia para todos los pozos es menor del 10%.

Comparación de un Proceso de Calibración de Ensayo y Error.

Se efectuó una simulación usando el Simulador Eclipse, comparando el proceso de ensayo y error con el método propuesto. Los resultados son prácticamente idénticos los dos primeros 2 años y la diferencia fue del 6% después de 9 años. En el periodo de predicción el procedimiento PVF produjo 2.1% mayor que el método de ensayo y error. El número de pozos activos para ambos casos, inicialmente fue de 29 y terminó con 14. Puesto que el número de pozos activos es el mismo para ambos casos, la economía para las dos predicciones será muy cercana. Sin embargo, la principal ventaja del nuevo método de calibración fue la velocidad. El método PVF tomó 3 días vs 3 semanas del método de ensayo y error.

Otros Casos de Campo.

El procedimiento de calibración PVF se puso en práctica exitosamente en varios simuladores, Eclipse y Chears (Chevron). Se calibraron varios casos de campo con un número de pozos variando entre 17 y 504, y con tiempos de calibración entre 45 min y 20 horas. La mayor parte del trabajo se uso en la generación de las tablas de flujo. El número de iteraciones promedia para las tablas de flujo, varió de 7.8 a 22.5. El mayor número de iteraciones lo llevan los pozos de alta productividad. El procedimiento dio muy buenos resultados, los resultados del IP promedio es menor del 0.2% y el error del WHP osciló entre promedio de 0.6 y un máximo de 3.6 lpc. El error del IP fue menor de 7.4%, en la tasa de líquido promedia fue menor de 0.7% y error máximo del 9.5%. Se demostró que un trabajo de calibración preliminar usando un cotejo de historia razonable puede reducir el tiempo del proyecto. Una vez que se logró el cotejo de historia final, tomo 2 días calibrar 504 pozos.

Discusión.

El procedimiento PFV provee al ingeniero de simulación una forma fácil para generar tablas de flujo que honren el sistema yacimiento/pozo. En este proceso, podemos darnos cuenta de los potenciales problemas de los pozos individuales. Una tabla de flujo típica toma alrededor de 5000 cálculos (10 tasas, 5 WHP, 10 cortes de agua, 10 RGP). Si se efectúan un número mínimo de cálculos se llevan a cabo alrededor de las condiciones de flujo mientras se coteja el IP, no más de 24 cálculos (3 tasas, 2 WHP, 2 cortes de agua y 2 RGP) se requiere por cada iteración. Una tabla de flujo completa se construye una vez que se coteja el IP. Por consiguiente se puede ahorrar mucho tiempo de CPU generando las tablas de flujo que se pueden usar en futuras calibraciones. Puesto que los cálculos de las tablas de flujo pueden realizarse independientemente es posible realizar los cálculos simultáneamente,  usando diferentes computadoras. En un caso de campo, usando 10 computadoras el tiempo se redujo de 19.5 a 3.2 horas, usando 10 computadoras. La experiencia indica que no es posible cotejar todos los pozos perfectamente. No se recomienda cotejar los  pozos cuyos cortes de agua o RGP se encuentran muy alejados de los datos de campo. Estos pozos se deben especificar como pozos con tasas de líquidos totales y se cierran cuando las tasas caen por debajo del límite económico o el corte de agua o la RGP exceden ciertos límites.

Conclusiones.

1. El procedimiento de calibración PFV coteja la tasa de prueba, la presión del cabezal y el IP simultáneamente con alto grado de aproximación y se ha demostrado que produce resultados similares al modelo calibrado por ensayo y error.

2. El cálculo del procedimiento de PFV es muy eficiente pues que el proceso iterativo no se lleva a cabo en el simulador, si no en simples facilidades de computación y no en los complejos y costosos simuladores de yacimiento.

3. El procedimiento de calibración PFV es sistemático y por lo tanto se puede automatizar fácilmente. Con una planificación sencilla, se puede demostrar que cientos de pozos pueden ser calibrados en un par de días inmediatamente después de obtener el cotejo de historia. En resumen, el procedimiento de calibración PFV se demuestra que es aproximado, eficiente desde el punto de cálculo y se puede aplicar a un gran número de pozos de alta productividad. La calibración se puede reducir de semanas a días. El procedimiento es general y se puede aplicar a cualquier simulador de yacimientos.

Tomado de: SPE 66385 Re-Engineering the Well Calibration Procedure for a Large Number of High Productivity Wells. A L Siu, M. H Al-Khatib, Saudi Aramco.