Hola amigos Steemians y aficionados a la ciencia. Hoy estaremos inmiscuidos en el mundo subterráneo explorando el yacimiento y las características que nos ofrece este maravilloso mundo. Estaremos conversando sobre una propiedad petrofísica de suma importancia a la hora de explotar un pozo y ponerlo a producir ¿Saben de qué se trata? no es otra que la permeabilidad de las rocas.
Arriba hice mención de un término interesante que tal vez no conozcas: YACIMIENTO.
El yacimiento se conoce como una unidad geológica de volumen limitado el cual consta de diversas propiedades que son esenciales para la vida productiva del mismo. Si es de mencionar alguna pues se toma en cuenta la permeabilidad.
La permeabilidad es una característica que hace referencia a la movilidad de los fluidos dentro del medio poroso, es decir, desplazarse dentro de este, por lo que es relevante manejar con gran precisión todos los términos que están involucrados con esta propiedad, debido a que forma parte de uno de los factores prioritarios para corroborar si la producción del yacimiento es rentable.
Por medio del análisis de la permeabilidad presente en el yacimiento se puede conocer la tasa de producción, esto implica la cantidad de hidrocarburo que se lograría obtener a lo largo de un tiempo previamente estimado.
Una forma de determinar si un material es permeable o no consiste en hacer fluir un flujo a través del material en un tiempo determinado y si sale la misma cantidad de fluido que el que entró, o relativamente igual, entonces se trata de un material permeable, tal como se muestra en la imagen:
No todas las rocas son permeables, las arcillas por ejemplo, tienen como caracerística una permeabilidad pobre, es decir es un material impermeable y lo podemos observar en la cotidianidad al toparnos con un terreno arcilloso y ver como el agua se empoza en la superficie, no es absorbida como pasaría por ejemplo en un terreno arenoso.
La representación que rige al fluido cuando atraviesa el medio poroso es expresada a través de la ley de Darcy, la cual indica que:
“La velocidad de un fluido homogéneo en un medio poroso es proporcional al gradiente de presión e inversamente proporcional a la viscosidad del fluido, la constante de proporcionalidad K es la permeabilidad”.
La teoría de Darcy expresa:
“Un medio poroso tiene la permeabilidad de un Darcy cuando un fluido de una sola fase con una viscosidad de un centipoise y que satura totalmente el medio poroso, fluye a través de él bajo condiciones de flujo viscoso a una tasa de un cm3 por segundo, por un área transversal de un cm2, por cm de longitud y bajo un diferencial de presión de una atmósfera”.
La ecuación para determinar la permeabilidad basándose en la teoría de Darcy es la siguiente:
Donde:
q: tasa de flujo, cm3/seg
A: área, cm2
μ: viscosidad, centipoes
ΔP: diferencial de presión, atm
L: longitud, cm
k: permeabilidad, Darcy
La permeabilidad de las formaciones productoras varían según las características que predominan en las rocas, es normal que exista la heterogeneidad en el yacimiento, lo que quiere decir (enfocándonos sólo en la permeabilidad) que existirán áreas con una alta permeabilidad y muy próximo a eso existirán áreas con baja permeabilidad.
Los valores de permeabilidad van desde 0.1 mD (miliDarcy, así se manejan las unidades en el campo petrolero) hasta mayores de 13000 mD. La permeabilidad mínima que permite la explotación y una producción rentable económicamente de un yacimiento depende de varios factores, aparte de todos los que intervienen en la ecuación de Darcy, también influye el tipo de fluido, la saturación de agua y el precio actual del crudo.
En un yacimiento consolidado, los rango de permeabilidad se manejan de la siguiente manera:
De acuerdo a las fases almacenadas en el medio poroso, la permeabilidad se puede clasificar en:
Permeabilidad absoluta (K): Cuando existe un único fluido o fase y satura completamente el medio poroso, se dice que estamos presente ante una permeabilidad absoluta.
Permeabilidad efectiva (Ke): Cuando existe más de una fase en el medio poroso y fluyen simultáneamente, por ejemplo un yacimiento de gas-agua y vemos como se desplaza el gas en presencia del agua a través del medio poroso, se dice que estamos presente ante una permeabilidad efectiva.
Permeabilidad relativa (Kri): Es la relación entre la permeabilidad efectiva y la permeabilidad absoluta. Esta permeabilidad es función de la saturación de los fluidos que intervienen en la roca, si existe un solo fluido entonces la permeabilidad relativa será igual a 1.
Los factores que afectan la permeabilidad son, en gran medida, los mismo que afecta la porosidad de las rocas, y eso es porque la permeabilidad de las rocas es directamente proporconal a su porosidad, entre los factores podemos encontrar los siguientes:
La permeabilidad puede ser determinada en el laboratorio haciendo uso de equipos especializados, los cuales reciben el nombre de permeámetros. El objetivo principal en la realización de estas experiencias es obtener un enfoque más real acerca de lo que sucede en el propio yacimiento en un laboratorio con muestras reales, visualizando y analizando de forma práctica la manera en la que los fluidos se desplazan dentro del medio poroso.
Para determinar la permeabilidad tanto para el gas como para el líquido se determina de la siguiente manera:
Para esto se necesitas de los siguientes materiales y equipos:
• 1 Pinza.
• 5 Muestras de núcleo de arena consolidada.
• 1 Vernier: Para medir la longitud y el diámetro de las muestras.
• Permeámetro de Ruska a gas.
Se toman las muestras que se desea analizar su permeabilidad, ellas son núcleos de roca tomada directamente desde el yacimiento durante la perforación. Una vez tenido los núcleos se anotan sus dimensiones haciendo uso del Varnier, tanto la longitud como su diámetro. Además para la determinación de la permeabilidad con el permeámetro, ya se conoce la viscosidad del fluido que fluye a una tasa establecida.
Luego se introduce la muestra en el portanúcleos del permeámetro de Ruska y se hace pasar un flujo de nitrógeno (un gas inerte) o aire. Para la primera prueba del permeámetro con la muestra, la válvula se pone en operación en la opción large y se regula la presión a 0.25 atm. Luego se anota la altura alcanzada por el flotador, si el valor visualizado está por encima de 20 divisiones entonces la opción large es la correcta y se mide la permeabilidad.
Si el flotador queda por debajo de las 20 divisiones, se debe poner la opción Medium e incrementar la presión a 0.5 atm. Pero si el flotador no alcanza el nivel en el tubo large ni en el medium a las presiones respectivas, entonces se debe poner la opción small e incrementar la presión a 1 atm.
Una vez determinado el flujo a trabajar: large, medium o small, se debe tomar esa lectura, además del valor de la presión que se usó durante la experiencia y la temperatura. Luego para determinar la permeabilidad se hace uso de la ecuación de Darcy y de la curva de calibración para conocer las tasas de flujo. En la gráfica se muestra en el eje de las ordenadas los volúmenes alcanzados por el flotador según las medidas de large, medium y small y en el eje de las abscisas las tasas de flujo correspondientes.
Para esto se necesitan los siguientes materiales y equipos:
• 1 Pinza.
• 1 Muestra de núcleo de arena consolidada.
• Equipo de saturación: conformado por un bulbo con válvula conectado a través de una manguera a un matraz erlenmeyer.
• Beakers de 500ml.
• Bomba de vacío.
• Permeámetro a líquido Ruska.
• Cloruro de sodio (NaCl).
Primero se debe saturar el núcleo de roca con el fluido a trabajar, y para esto se utiliza una solución de NaCl al 3% y un equipo de saturación conectado a una bomba de vacío.
Una vez saturada la muestra se coloca en el portanúcleos del permeámetro de Ruska a líquido y se llena el portanúcleo con el mismo fluido utilizado para saturar la muestra por medio de una manguera que se muestra en la parte izquierda del permeámetro.
Similar con el procedimiento del permeámetro de Ruska a gas, se abre la válvula de la bomba de nitrógeno o aire y se regula la presión a 30 lbs. Una vez hecho esto se regula entonces la presión a 1 atm para empezar la experiencia. Se abre la válvula para dejar fluir el fluido que satura la muestra y se toma un cronómetro para medir el tiempo que tardará en desplazarse 10 cm3 de ese fluido por el núcleo de roca.
Para determinar la permeabilidad se hace uso de la ecuación de Darcy, es conocido la viscosidad del fluido a usar en la experiencia, la tasa de flujo se determina a través de la relación entre el volumen de fluido desplazado que es de 10 cm3 y el tiempo medido que tardó ese fluido en atravesar el núcleo de roca. Se observa la presión que alcanzó durante este proceso y de ese modo se puede conocer el valor de "K".
Fuente: Pixabay [Editado por el autor @ennyta]
La permeabilidad toma un papel muy importante en la industria petrolera, ya que es una propiedad que indica cuánto fluido puede, posiblemente, fluir a través del medio poroso con el fin de poder explotarlo y obtener la mayor producción de manera rentable económicamente. Una buena permeabilidad en conjunto a otras propiedades que se comporten de manera positiva, permitirán al ingeniero de petróleo evaluar el comportamiento y potencial del yacimiento a la hora de la planificación y explotación de los pozos. Un área con buena permeabilidad y, por supuesto, con presencia de hidrocarburo es un atractivo ligado al tema de la producción.
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