SIMULACIÓN NUMÉRICA DE YACIMIENTOS. (Parte I)

La simulación numérica de yacimientos se ha practicado desde comienzos de 1960, como un medio para la determinación de comportamientos futuros de los yacimientos y campos petroleros; de ante mano vale decir que los cálculos pertinentes a la ingeniería de yacimientos están basados ampliamente en procedimientos analíticos como el balance de materiales y teorías de desplazamiento como la de Buckley – Leverett.

El nacimiento de la simulación de yacimientos, en su concepción moderna, está estrechamente relacionado con la disponibilidad de procesadores rápidos y eficientes además de la evolución paralela de métodos numéricos que permitan la resolución de grandes grupos de ecuaciones diferenciales distintas para describir flujos multifásicos en medios heterogéneos tanto en dos como tres dimensiones.

El potencial de aplicación de tales técnicas o métodos en la ingeniería de petróleo antes parecía evidente y menos de una década ya la mayoría de las compañías de petróleo tenían sus propios modelos numéricos de simulación aplicados en sus más importantes campos. Treinta años después, la simulación de yacimientos es una práctica común en las compañías petroleras y es manejada por los ingenieros de yacimientos. Sus aplicaciones son variadas, desde campos de producción convencionales manejados bajo diferentes esquemas de explotación, hasta tareas más especializadas como los modelos fenomenológicos. Al mismo tiempo, nuevos desarrollos están en curso especialmente en el dominio paralelo de hardware y el software, y la simulación a gran escala también se ha vuelto muy común.

El actual uso generalizado de esta herramienta en la comunidad de ingenieros de yacimiento, es de hecho, relacionado a muchos factores, no todos estrictamente técnicos:

Aplicabilidad. La aplicabilidad de esta herramienta no tiene competencia de alguna otra técnica. Se podría decir que no existe algún problema en la rutina diaria de un ingeniero de yacimientos que no pueda ser potencialmente abordado a través de la simulación numérica.

Facilidad de uso. Los paquetes modernos de simulación están provistos de procesadores interactivos que facilitan enormemente el uso de modelos. La disponibilidad de opciones predeterminadas y diferentes niveles de experticia permiten que hasta el más incauto de los ingenieros finalice con algún tipo de resultado el problema a la mano.

Aceptación. La administración ha sido formada a través de los años, por los mismos ingenieros de yacimientos, para aceptar la simulación como una técnica estándar. Actualmente, en muchas compañías, el alto nivel de gestión requiere estudios del soporte de las herramientas.

A pesar de estos factores, la simulación de yacimientos no es una panacea y su aplicación puede ser peligrosamente engañosa, o en muchos casos innecesaria.

¿CUÁNDO CORRER UN MODELO DE SIMULACIÓN?

El uso generalizado y la aceptación de la simulación de yacimientos en aplicaciones del petróleo no están libres de peligros. Las limitaciones de la técnica y su posible mal uso han sido desatacadas a través de los años, en casos por los mismos expertos quienes se consideran pioneros en la técnica. Por lo tanto, una consideración de elementos debe ser aplicada antes de la aplicación de la simulación numérica, especialmente en lo que refiere a los objetivos específicos del estudio en cuestión. En la ingeniería de petróleo, como en cualquier otra aplicación científica, un problema bien planteado es el primer paso de la solución y algunos análisis preliminares son siempre necesitados para evaluar la necesidad real de un estudio de simulación.

Estos análisis preliminares demostrarán la aplicabilidad de la simulación de yacimientos, y proveerán una indicación de los resultados esperados y finalmente indicaran el grado de complejidad requerido del modelo en sí mismo. En particular, los siguientes puntos deben ser considerados:

Exactitud de los resultados esperados. Dejando a un lado los errores numéricos (el simulador provee una solución reproducible pero aproximada), la exactitud de los resultados esta relacionada al correcto planteamiento del problema y a la cantidad y calidad de datos de entrada disponibles. La experiencia y el conocimiento de los ingenieros implicados en el estudio representan otro importante factor.

Incertidumbre inherente. Los trabajos de simulación están sujetos a un grado de incertidumbre, el cual deriva del incompleto conocimiento del modelo geológico, de la representatividad de los datos de entrada y finalmente de la solución numérica aproximada (dispersión numérica, efectos de orientación del mallado, entre otros).

No unicidad de los resultados. La fiabilidad de las predicciones del modelo depende de la calidad del ajuste. Sin embargo, como ha sido notado por muchos años, el procedimiento de ajuste resulta en una no unificada combinación de variables, ya que en un estudio típico de simulación tenemos muchos más parámetros desconocidos que conocidos. Esto significa que diferentes descripciones del yacimiento pueden producir el mismo ajuste, y en general proveerán diferentes perfiles de pronósticos. Debido a esto, los resultados de simulación deberían mejor ser considerados en una relación, en lugar de un sentido absoluto.

Technical overkill. En muchos casos, los ingenieros de yacimiento están enfrentados con problemas relativamente simples, los cuales pueden ser abordados seguramente con técnicas simples y analíticas. In tales casos, el uso de de herramientas complejas como la simulación numérica puede resultar en un “exceso de tecnicismo” (technical overkill). Los ingenieros de yacimientos siempre deberían evaluar el grado de complejidad de los problemas y usar el grado correcto de tecnología acorde.

Recursos disponibles. La simulación numérica es más costosa que cualquier otra técnica, ya que requiere la asignación de recursos humanos y técnicos significativos. La decisión de correr un modelo de simulación y el relevante nivel de complejidad deberían ser comparados con los recursos disponibles.

En conclusión, antes de iniciar cualquier estudio, el administrador del proyecto debe evaluar todos los aspectos involucrados en la decisión de correr un modelo de simulación de yacimientos. La pregunta básica es siempre: ¿Realmente vale la pena? Para una perspectiva general, los problemas deberían siempre ser resueltos por el más simple y económico método que provea una respuesta adecuada. En algunos casos, los análisis preliminares pueden mostrar que técnicas convencionales de la ingeniería de yacimientos representan una aproximación más simple, rápida y económica que una simulación de yacimientos. Por ejemplo, cuando un perfil de producción a corto plazo va a ser evaluado, una curva de análisis de declinación representa una herramienta fiable y económica, mientras que una simulación ofrecería una lenta y costosa alternativa.

En un viejo pero perenne paper sobre el uso y mal uso de la simulación de yacimientos, Coast expone que las aplicaciones validas deberían cumplir con las siguientes tres características:

- Una buena pregunta que plantee la importancia económica. Una típica pregunta desafiaría por ejemplo la elección de una inyección de agua sobre un esquema de agotamiento natural.

- Adecuada precisión de la descripción del yacimiento y otros datos de entrada requeridos.

- Fuerte dependencia de la respuesta al no-equilibrio, en función del tiempo de la distribución de presiones y saturaciones de fluidos. Esta dependencia descartara técnicas analíticas tradicionales como el balance de materiales.

Fuente:

Cosentino Luca, (2001). Integrated Reservoir Studies, Institut Francais Du Pétrole Publications, Editions TECHNIP.