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Capítulo 2

Exploración y producción

Arturo Diego Orozco Alma América Porres Luna Leonel Toledo Pérez

Exploración y producción Propósito El proyecto Prospectiva de la investigación y el desarrollo tecnológico del sector petrolero al año 2025 tiene como objetivo identificar oportunidades de I&DT y delinear acciones estratégicas de mediano y largo plazos para el sector petrolero, en el que la participación del IMP esté fundamentada por medio de la investigación, asimilación y desarrollo de nuevas tecnologías para mejorar la exploración y explotación de los yacimientos de hidrocarburos, para cumplir con las expectativas de desarrollo del país y, en consecuencia, tener un nivel competitivo internacional.

La necesidad de incorporar nuevas reservas de crudo y gas nos obligan a continuar explorando, no sólo las partes terrestre y marina somera, sino también explorar y explotar yacimientos en aguas profundas. En este sentido el Golfo de México cuenta con muchas probabilidades de éxito. Es importante hacer notar que la industria petrolera entrará en una etapa difícil, por lo que es necesario estar preparado para asumir tales retos. La localización y extracción de hidrocarburos necesitará nuevas tecnologías, además de buscar paralelamente fuentes alternas de energía, las cuales, al igual que los combustibles fósiles, deberán ajustarse a las restricciones para la protección ambiental.

1. Introducción 3. Etapas durante el desarrollo de un campo El actual crecimiento de la economía mundial demanda el uso de cada vez mayor cantidad de energía, y el petróleo es la más importante de ellas. Esta fuente de energía es la más utilizada, ya que cubre alrededor del 70% del consumo mundial. Al correlacionar las reservas mundiales de hidrocarburos con el consumo anual, se obtienen reservas para 41 años, pero si se considera la declinación natural en la producción que exhiben los yacimientos petrolíferos, puede afirmarse que el periodo real durante el cual pudiese ser satisfecha la demanda sería mucho menor. En consecuencia, se requiere incrementar las reservas, ya sea mediante el descubrimiento de nuevos yacimientos y/o mejorando sustancialmente la recuperación de los campos existentes [Moritis, 2000]. Debido a las restricciones impuestas para la protección ambiental, la tendencia actual y futura será el uso de combustibles cada vez más limpios y fuentes alternas de energía. Sin embargo, actualmente los aspectos económicos relacionados con estas últimas restringen su pleno desarrollo [Hopkins, 1999]. 2. Contexto y entorno actual El estado avanzado de explotación de los principales campos en México, aunado al incremento en la exportación de crudo, así como el incremento acelerado de la demanda de gas y crudo en el país, nos llevan a un punto en el que la exploración y la explotación son críticas e impostergables para satisfacer la demanda nacional [Pemex, 2000].

Dentro del desarrollo de un campo se toman en cuenta dos grandes etapas: la primera es la parte exploratoria y la segunda el área de producción (figura 1). Ambas incluyen subdivisiones importantes [Pemex,1993]. 3.1. Exploración El futuro de la exploración en México responde directamente a la demanda nacional e internacional de hidrocarburos. En consecuencia, la exploración se intensificará en los próximos años para satisfacer la demanda creciente. En el pasado, la exploración petrolera tuvo un gran auge a partir de la expropiación petrolera hasta los años 50, dominada por levantamientos de tipo gravimétricos y magnetométricos. Más tarde, en los 60 y 70, por levantamientos sísmicos bidimensionales; en los 90 por levantamientos tridimensionales, y recientemente por levantamientos de cable de fondo marino. Actualmente la fase exploratoria constituye la parte inicial y la base de todo esquema petrolero en el que, como paso inicial, se seleccionan zonas potenciales. Posteriormente se procede a realizar la evaluación de la cuenca, que se lleva a cabo en tres etapas. La primera consiste en evaluar el potencial petrolero de la misma utilizando modelado geoquímico para determinar el contenido de materia orgánica total por gramo de roca (c. c. o. t.), la calidad de la misma o tipo de kerógeno (I, II, III) y su madurez térmica. La segunda etapa consiste en la evaluación del play, apoyándose

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Exploración y producción

Figura 1. Esquema de un proyecto de inversión

en información sísmica y estructural, analizando tipos de aceite, roca, trampa y edad. Finalmente, en la tercera etapa se evalúa el prospecto para proponer la localización del pozo exploratorio. El siguiente paso es complementar la fase anterior con la prospección geofísica, en la cual se planean el o los métodos geofísicos a utilizar y que varían según el objetivo. Por lo general, se requieren levantamientos aeromagnéticos, gravimétricos y sísmicos convencionales.

Actualmente la gravimetría es considerada una tecnología madura que permite delimitar, con muy buena calidad, la forma y dimensión de cuerpos salinos, generalmente asociados a yacimientos o trampas petroleras de tipo estructural o estratigráficas. Sismología de exploración

Gravimetría

La sismología de exploración es, en la actualidad, la tecnología con la mayor inversión hacia objetivos de prospección. Su desarrollo va en aumento día con día, pero no es la sismología tradicional la única herramienta utilizable; su desarrollo va desde la adquisición de datos sísmicos, procesado e interpretación de los mismos, hasta procesos especiales con fines bien específicos, como podrían ser la localización de gas, fluidos o bien una imagen estructural o estratigráfica del subsuelo. El producto es generalmente una sección sísmica bidimensional hasta un volumen tridimensional de datos, los cuales son utilizados en la interpretación, así como en la delimitación de un yacimiento petrolero.

La gravimetría es el método geofísico basado en la densidad de las rocas. Este método toma en cuenta el tipo de material, eventos geológicos, tectónica del área y geología estructural, con el fin de establecer la columna sedimentaria del área en cuestión.

Los avances más importantes en la exploración petrolera están fundamentados en la obtención de una imagen sísmica del subsuelo, por lo cual se espera un incremento importante en las tecnologías que utilizan datos sísmicos.

Magnetometría Es un método geofísico basado en la capacidad magnética de las rocas del subsuelo, el cual mediante levantamientos terrestres (generalmente aéreos para fines petroleros) o marinos, denota la presencia de zonas anómalas, lo que permite establecer el paquete sedimentario entre la superficie y el basamento.

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Prospectiva de la investigación y el desarrollo tecnológico del sector petrolero al año 2025

Modelado geológico El modelado geológico requiere métodos indirectos, tales como la sísmica para la definición de aspectos estratigráficos y estructurales, interpretados en la geología regional del área de estudio, que darán como resultado un modelo a utilizar en la caracterización de un yacimiento. Se han logrado avances en cuanto al desarrollo de técnicas para definir modelos geológicos, que consideran datos directos e indirectos de las formaciones en estudio, así como un enfoque multidisciplinario que cubre aspectos sedimentarios, diagenéticos, estratigráficos, estructurales y, en general, de todas las actividades que permiten establecer el potencial de las zonas con acumulación de hidrocarburos [Al-Hussaing et al., 1996]. Geoquímica La geoquímica tiene, actualmente, una aplicación muy importante, tanto en exploración como en producción, pues permite entender y conocer el origen, probables rutas de migración y entrampamiento de los hidrocarburos almacenados en el subsuelo. 3.2.Producción En la rama de explotación de hidrocarburos existen diversas tecnologías que deben ser consideradas para la incorporación de reservas y el mejoramiento de la producción. La tendencia va hacia la superación de las dificultades para localizar y evaluar nuevos yacimientos petrolíferos y para explotarlos eficientemente [Saher, 1994]. Actualmente se estima que los yacimientos que se consideran económicamente agotados contienen todavía alrededor de la tercera parte de su volumen original de hidrocarburos, y los nuevos o de reciente descubrimiento ofrecen dificultades para su explotación por su profundidad, complejidad geológica y tipos de fluidos. La explotación de yacimientos, desde el punto de vista rigurosamente técnico, puede considerarse como el conjunto de decisiones y operaciones mediante las cuales a un yacimiento petrolífero se le identifica, cuantifica, desarrolla, explota, monitorea y evalúa en todas sus etapas de producción; esto es, desde su descubrimiento, pasando por su explotación, hasta su abandono, aunque probablemente haya tantas definiciones como percepciones del proceso. Como ya se mencionó, el propósito básico de la explotación de hidrocarburos es controlar las operaciones

para obtener la máxima recuperación económica posible de un yacimiento, basado en hechos, información y conocimiento, donde consideramos las siguientes etapas: Evaluación de yacimientos En esta etapa se realiza el estudio de las propiedades de las rocas y su relación con los fluidos que contiene para cuantificar el volumen original de hidrocarburos existentes en los yacimientos petroleros, y establecer estrategias de explotación, tomando en cuenta los modelos de caracterización y simulación de yacimientos. Desarrollo de campos Consiste principalmente en la perforación y operación de pozos. Está condicionado por los tipos de fluidos y su comportamiento en el yacimiento. Aquéllos determinarán cuántos pozos y dónde se deberán perforar, y cómo deberán producir para aumentar las ganancias. Existe una variedad de pozos según la necesidad del yacimiento. Entre ellos podemos mencionar: pozos convencionales, direccionales, de alcance extendido, horizontales, de diámetro reducido, multilaterales y ramificados. Todos ellos tienen como objetivo principal optimar la extracción y aumentar las ganancias del hidrocarburo. Recuperación de hidrocarburos Tradicionalmente los métodos de producción por agotamiento primario y secundario permiten recuperar in situ una tercera parte del aceite de un yacimiento. En épocas pasadas esta situación no recibía mucha atención debido a que el aceite era relativamente fácil de encontrar y, en consecuencia, el costo de producción de un barril de aceite de un nuevo descubrimiento resultaba inferior al de un barril incorporado por métodos de recuperación terciaria o mejorada. Dada la declinación de reservas y la baja probabilidad de localizar nuevos campos importantes, los productores han buscado incrementar la recuperación final de hidrocarburos de campos abandonados o en estado avanzado de explotación. Asimismo, la caracterización computarizada de yacimientos constituye una de las herramientas más importantes en los procesos de recuperación mejorada de petróleo. De hecho, el éxito de estos procedimientos depende, prácticamente, de aplicar la energía mediante los fluidos inyectados en el lugar, tiempo y volumen correctos. También se puede realizar esta estrategia con un simulador de yacimientos adecuado.

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Exploración y producción

A futuro se considera que aquellos procesos que van más allá de una inyección de agua o gas simple, es decir, aquellas técnicas que involucren la recuperación de aceite mediante la inyección de algún fluido originalmente no encontrado en el yacimiento, serán los que ofrezcan mejores perspectivas para recuperar volúmenes adicionales de hidrocarburos. En términos generales, los tres principales métodos a utilizarse se agrupan en térmicos (aplicación de energía calorífica), desplazamiento miscible (mezclado del aceite del yacimiento con un solvente) y métodos químicos (inyección de sustancias químicas). De estos métodos, los que deben tener mayor desarrollo en el futuro son, en primer lugar, los miscibles, dado que la investigación al respecto debe hacerlos económicamente atractivos y, en segundo lugar, los químicos, pues deben desarrollarse polímeros más efectivos y económicos [Moritis,1999]. Sistemas e instalaciones de producción Esta etapa tiene una estrecha interrelación con el estudio de los fluidos y su interacción con las rocas, pero es el propio pozo y/o su diseño superficial el que determina la recuperación del aceite de forma optimizada, con la disposición de instalaciones superficiales adecuadas para futuras expansiones. A continuación se mencionan los sistemas más importantes: análisis nodal, manejo y acondicionamiento de gas, simulación y optimación de sistemas de producción, simulación dinámica de flujo multifásico en tuberías, sistemas artificiales en producción y, a futuro, los sistemas de producción en aguas profundas. 4. Necesidades y tecnologías El análisis de la capacidad de producción de crudo en México, con respecto de la exportación y el creciente consumo nacional, nos hace reflexionar acerca de la importancia de la exploración en la industria petrolera, ya que de no incorporar nuevas reservas, nuestra capacidad de producción actual (3.7 MMBD) se podría ver disminuida de una manera muy importante en los próximos 10 años (500 MBD). 4.1. Exploración La situación actual, así como la prevista sin nueva incorporación de reservas, llevan a la conclusión de que la exploración petrolera en México es crítica e impostergable. Para ello, se requerirá jerarquizar las necesidades exploratorias y mejorar e incorporar nuevas tecnologías en la búsqueda y explotación de

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hidrocarburos. En las actividades de exploración se requiere de manera prioritaria: Mejorar la resolución sísmica que nos permita tener una mejor imagen del subsuelo, que pueda visualizarse en dos o tres dimensiones, mostrando las trampas geológicas o estratigráficas susceptibles de acumulación de hidrocarburos. Para ello se requiere mejorar las tecnologías de sísmica 3D y 4D, migración antes y después de apilar, sísmica multicomponentes, tomografía, etcétera. Localizar y delimitar nuevos yacimientos de gas para satisfacer la creciente demanda. Es necesario realizar grandes esfuerzos en la exploración de estos yacimientos, que comprenden las provincias gasíferas de México ya conocidas, así como nuevas provincias potenciales, utilizando tecnologías maduras dentro de la industria, así como la incorporación de nuevas herramientas. Las tecnologías para cubrir esta necesidad van desde la utilización de sensores remotos, modelado geoquímico, gravimetría, magnetometría, sísmica 3D y 4D, multicomponentes, atributos sísmicos AVO y AVA hasta empleo del modelado geológico detallado. Explorar aguas profundas para la localización de nuevos yacimientos de hidrocarburos en tirantes de agua de más de 500 metros, lo cual implica nuevos y grandes retos para la industria mexicana. Las tecnologías a utilizar son: sensores remotos, modelado geoquímico, métodos potenciales, sísmica 3D y 4D, sísmica multicomponente, estudios de AVO y AVA, utilización de un mayor número de atributos sísmicos de la señal, y modelado geológico; sin olvidar áreas como la robótica para una mejor exploración de yacimientos a profundidades de más de mil metros de tirante de agua. Explorar depósitos de hidratos de metano como nueva fuente potencial de energía, presente en la plataforma de varios continentes y de profundidad somera (450 metros). Estados Unidos, India, México y Rusia son países con un gran potencial; países como Japón, Estados Unidos y Canadá cuentan ya con un programa de planeación para el estudio de dichos yacimientos, aunque no existe aún gran detalle sobre la forma de extracción. Esto nos podría situar en la misma línea de partida que cualquier otro país en el desarrollo de tecnologías para la localización y extracción de los depósitos de metano. Para ello se requerirá la utilización de sensores remotos, modelado geoquímico, métodos potenciales, sísmica 3D y 4D, multicomponente y modelado geológico.

Prospectiva de la investigación y el desarrollo tecnológico del sector petrolero al año 2025

4.2. Explotación

Activación de campos marginales

De acuerdo con la situación actual de los yacimientos en México, se tendrá que avanzar en técnicas de recuperación terciaria o mejorada con tecnologías no convencionales mediante el empleo de herramientas analíticas, numéricas y la aplicación de técnicas de interpretación interactiva. Con esto se busca desarrollar un mejor conocimiento de los modelos geológicopetrofísicos y de los procesos fisicoquímicos que controlan el flujo de fluidos en el medio poroso, para generar nuevas ideas que permitan extender la vida productiva de los yacimientos. Esto es válido para los que se encuentran en una etapa avanzada de explotación, así como para los de reciente desarrollo, los que se localizan en aguas profundas, y aquellos que por el tipo de fluido o volumen de hidrocarburos han quedado marginados. Uno de los objetivos fundamentales de esta actividad es optimar la explotación de los yacimientos antes mencionados, al aumentar los factores de recuperación.

Para satisfacer esta necesidad se requiere jerarquizar la prioridad de los campos que presenten esta problemática, con el fin de generar estudios de caracterización y simulación numérica de yacimientos que nos permitan evaluar la potencialidad de estos campos y aplicar un proceso de reingeniería total en las actividades de explotación.

Otro aspecto de gran relevancia es acelerar de manera importante los tiempos de perforación de pozos, para alcanzar nuevos objetivos y penetrar las formaciones de interés sin causar daños irreversibles a las unidades y, en general, para abaratar el proceso y permitir el acceso a mayores profundidades. Las técnicas de perforación deben ser del tipo no convencional que favorezcan la recuperación de hidrocarburos al permitir un mejor enlace entre los yacimientos y las instalaciones de producción [Holstein et al., 1997].

Es necesario conocer el estado actual que guardan las bases de datos del sistema petrolero nacional con el propósito de disponer de manera precisa y oportuna del conocimiento generado a través del tiempo en los yacimientos petroleros.

En los próximos años se esperan grandes cambios derivados de nuevas tecnologías de perforación, principalmente en el caso de aguas profundas y en sistemas de largo alcance. Algunas necesidades que se requiere cubrir para mantener o incrementar la producción y reservas de hidrocarburos, son: Aplicación de técnicas en yacimientos en una etapa de explotación avanzada Estas técnicas requieren un programa intensivo de monitoreo del comportamiento de yacimientos, que incluye avance de los contactos de los fluidos, comportamiento de fluidos, toma de registro de presiones, etcétera. Dichas técnicas deben ser aplicadas de acuerdo con la problemática del yacimiento en particular.

Evaluación de yacimientos con complejidad geológica Para estos yacimientos es recomendable un monitoreo tecnológico en perforación, terminación y reparaciones de pozos, para adaptar técnicas que permitan incrementar la productividad de los pozos en este tipo de yacimientos. Para alcanzar lo anterior es indispensable contar con un modelo geológico y petrofísico detallado de las formaciones de interés. Sistemas inteligentes (geomática)

Explotación de campos en aguas profundas Definir la batimetría en la que se puedan ubicar los yacimientos e identificar el contenido probable de sus fluidos, con el fin de adaptar sistemas de explotación en aguas profundas. Evaluación de volumen de CO2 en el país para su uso en proyectos de recuperación mejorada Se deberá definir primero la fuente de CO2 y evaluar el volumen de este gas para ser utilizado en yacimientos que, por sus características particulares, sean susceptibles de la implantación de un proceso de recuperación mejorada por inyección de CO2, basándose en estudios geológicos, de simulación numérica y evaluación económica. Explotación de gas en yacimientos de carbón y en depósitos de hidratos de metano Se tendrá que recurrir a la aplicación de técnicas para la explotación rentable de otro tipo de yacimientos, y así satisfacer la creciente demanda de gas que se tendrá en plazos mediano y largo, considerando que se tienen detectadas fuentes que no han sido explotadas.

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Exploración y producción

5. Retos y oportunidades

5.2. Retos en el mediano plazo (2005-2015)

De las necesidades de la industria petrolera en México –tomando en cuenta el consumo nacional, el nivel de las exportaciones y la inestabilidad de los precios del petróleo en el ámbito internacional– surge una serie de retos y oportunidades en el desarrollo de tecnologías para el país y para el Instituto Mexicano del Petróleo. A continuación se enumeran los retos más importantes en exploración y explotación para que México, en el año 2025, sea capaz de cubrir sus necesidades energéticas:

•

Exploración de cuencas no explotadas actualmente.

•

Aplicación de percepción remota para estudios geoquímicos especiales.

•

Aplicación de métodos gravimétricos y magnetométricos satelitales y de tipo espacial.

•

Mejorar la adquisición de información de los pozos y de los yacimientos.

5.1. Retos en el corto plazo (2005)

•

Desarrollo de tecnologías de proceso e interpretación de sismología multicomponente, sismología de yacimientos (3D y 4D), para obtener imágenes realistas de las formaciones del subsuelo.

•

Desarrollo de metodologías automatizadas en las etapas de caracterización y simulación de yacimientos, mediante el uso de herramientas numéricas sofisticadas.

•

Integración de información con diferentes escalas y precisiones empleando algoritmos de optimización no convencionales.

•

Incorporación de tecnologías de robótica, electrónica, sistemas inteligentes en las diversas actividades de exploración y producción.

•

Mejorar las capacidades de adquisición de datos, interpretación y procesado de información sísmica 3D, 4D y multicomponente.

•

Separación de condensados (manejo y caracterización).

•

Utilización de tecnologías de perforación del tipo no convencional, en la mayoría de los pozos.

•

Identificación automática de la geometría y del contenido de fluidos del yacimiento.

Evaluación del potencial de dióxido de carbono en México.

•

Asimilación, adaptación y aplicación eficiente de tecnologías de exploración y producción en aguas profundas.

•

Generación de herramientas propias para la exploración y la producción en aguas profundas.

•

Asimilación y aplicación de tecnologías de explotación de gas en hidratos de metano.

•

Desarrollo de tecnologías en adquisición de datos, perforación y producción en exploración y producción de yacimientos de gas ultraprofundos.

•

Adaptación generalizada de tecnologías de separación en fondo, bombeo multifásico y medición multifásica.

•

Desarrollo de metodologías que permitan el mejor diseño de las instalaciones de producción en forma automatizada.

•

Explotación de los yacimientos mediante instalaciones de producción automatizadas y robotizadas.

•

•

Incrementar la productividad de pozos en todos los tipos de yacimientos.

•

Consolidación de arenas por métodos no convencionales.

•

Mejorar la calidad de la información adquirida a nivel de pozo para la obtención de información estática y dinámica de los yacimientos.

•

Desarrollo de un proceso de reingeniería de explotación de campos marginales, para lo cual se requiere aplicar la optimación de las actividades de: • • • • • •

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Descripción del yacimiento Modelado integral Perforación optimizada Adquisición de información Instalaciones de producción Desarrollo de tecnologías

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•

Empleo de fuentes alternas de energía para alimentar los sistemas artificiales de producción.

•

Aplicación masiva de tecnología de materiales.

•

Desarrollo de nuevos materiales y herramientas para yacimientos de alta presión y alta temperatura (ultraprofundos).

•

Tecnologías incorporadas a la perforación dirigida con toma de datos de pozo.

•

Perforación direccional de muy largo alcance.

•

Diseño óptimo de herramientas de perforación.

•

Tecnología de inyección de polímeros en la recuperación de hidrocarburos.

•

Técnicas de visualización sofisticadas de los yacimientos y de los procesos de recuperación de hidrocarburos (realidad virtual).

5.3. Retos en el largo plazo (2015-2025) •

Uso convencional de tecnologías automatizadas en la interpretación del yacimiento.

•

Alternativas energéticas de tipo no convencional.

•

Explotación de yacimientos de hidratos de metano.

•

Inteligencia artificial para la localización, delimitación, caracterización y simulación de yacimientos.

•

Sistemas expertos inteligentes en todas las actividades de exploración y producción.

•

Determinar mecanismos de empuje y tipo de fluido con información sísmica, que permita planear operaciones de producción sin perforar pozos.

•

Utilización de la robótica y procesos automatizados en perforación.

•

Perforación láser.

•

Tecnologías alternas para la recuperación mejorada de hidrocarburos.

•

Robótica y sistemas automatizados para la explotación de aguas profundas.

Áreas de oportunidad para I&DT en México Después de analizar los retos tecnológicos para los próximos años es necesario definir las áreas de oportunidad para un centro de investigación dedicado a apoyar la industria petrolera nacional, con el fin de que pueda orientar sus estrategias de I&DT; además de preparar los equipos de investigadores y tecnólogos necesarios para el desarrollo petrolero de México. Existen áreas tecnológicas en las que se considera conveniente asimilar y adecuar tecnologías ya existentes; en otros casos, hacer alianzas estratégicas con centros que realicen investigaciones y desarrollos tecnológicos. Considerando lo anterior, las áreas de oportunidad para el IMP son las siguientes: Explotación de yacimientos naturalmente fracturados (figura 2) • • • •

Caracterización estática. Caracterización dinámica. Simulación numérica de yacimientos. Explotación avanzada.

Figura 2. Núcleo representativo de un YNF

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Exploración y producción

Exploración y explotación de yacimientos con litologías y geometrías complejas (figura 3) • • • • • • • •

Sísmica 3D. Estratigrafía de secuencias. Geología de exploración. Caracterización de yacimientos. Simulación numérica de yacimientos. Productividad de pozos. Perforación no convencional. Recuperación de hidrocarburo.

Exploración y explotación de yacimientos en aguas profundas • • • • • • •

Sedimentología de ambientes profundos. Geología de exploración. Instalación de producción operando a bajas temperaturas y altas presiones externas. Bombeo y medición multifásica. Perforación no convencional. Equipos, productos, procesos y sistemas para desempeñarse a alta presión externa y baja temperatura. Recuperación secundaria y mejorada de hidrocarburos.

Exploración y explotación de yacimientos de alta presión y alta temperatura • • • •

Herramientas de toma de datos de registros de pozos. Perforación no convencional. Automatización de instalaciones de producción. Equipos, productos, procesos y sistemas para desempeñarse a alta presión y alta temperatura.

Figura 3. Yacimiento complejo en 3D

• • •

Recuperación secundaria y mejorada. Productividad de pozos. Perforación no convencional.

Desde luego, estas áreas consideran todo el ciclo de vida de los yacimientos: desde la exploración (evaluación del potencial) hasta el abandono, incluyendo la recuperación mejorada de hidrocarburos. Para la obtención de gas es posible considerar como áreas de oportunidad: •

Exploración y explotación de depósitos de hidratos de metano.

Exploración y producción de yacimientos de gas

•

Explotación de gas en yacimientos de carbón.

• • •

5.4. Caracterización de oportunidades

• • • • •

Exploración de cuencas no descubiertas actualmente. Sísmica. Caracterización y modelado de yacimientos en formaciones terrígenas. Productividad de pozos. Reingeniería en pozos y yacimientos. Perforación no convencional. Manejo y medición de instalaciones de producción. Recuperación secundaria y mejorada de hidrocarburos.

Con el objetivo de definir las principales áreas de oportunidad de I&DT en exploración-producción se realizó una caracterización de éstas, utilizando una metodología simple que consiste en realizar mapas en los que se toman en cuenta tres factores: beneficio potencial, valor estratégico y probabilidad de éxito.

Explotación de yacimientos marginales

Cada uno de estos factores es evaluado en una escala de 1 a 9 para después hacer unas gráficas cruzadas que indican en qué oportunidades debemos desarrollar competencias.

• • • •

En la gráfica final se representan las oportunidades en las que es conveniente realizar actividades tendentes a fortalecer la I&DT en el IMP para los próximos 25 años (figuras 4 a 6).

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Registros geofísicos de pozos. Pruebas de presión. Caracterización de yacimientos. Simulación numérica de yacimientos.

Prospectiva de la investigación y el desarrollo tecnológico del sector petrolero al año 2025

A continuación se presentan los resultados obtenidos del análisis de las oportunidades en exploración y producción, siguiendo el procedimiento anteriormente definido.

Figura 4. Escala de calificación de proyectos I&DT

Figura 5. Caracterización de proyectos comparando valor estratégico vs. beneficio potencial

Figura 6. Caracterización de proyectos comparando probabilidad de éxito vs. beneficio potencial

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Exploración y producción

En los resultados, que son representados por los mapas tecnológicos, y de acuerdo con la gráfica de valor estratégico vs. beneficio potencial, se puede observar que existen cinco áreas en exploración y producción a las que se puede considerar como estratégicas en la investigación y el desarrollo tecnológico que, como ya han sido detalladas, requieren desarrollar competencias adecuadas y realizar un plan de desarrollo para los próximos años (figuras 7 a 9).

Figura 9. Caracterización final de las oportunidades en E&P

De estos mapas se desprenden las principales áreas de oportunidad y se plantea la estrategia a seguir (figuras 10 a 15).

Figura 7. Caracterización de proyectos comparando probabilidad de éxito vs. beneficio potencial

Figura 8. Caracterización de proyectos comparando valor estratégico vs. probabilidad de éxito

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Como se puede observar, será necesario definir la estrategia a seguir para alcanzar los objetivos propuestos en cada una de las áreas de oportunidad planteadas en este análisis.

Figura 10. Estrategia de exploración y producción de hidrocarburos

Prospectiva de la investigación y el desarrollo tecnológico del sector petrolero al año 2025

Figura11. Explotación de yacimientos naturalmente fracturados

Figura 12. Exploración y explotación de yacimientos con litologías y geometrías complejas

6. Competencias Sin lugar a dudas, el área de exploración y producción está enmarcada por un entorno de vertiginoso avance del conocimiento y de actividad multidisciplinaria, lo que ha propiciado cambios radicales en los campos donde se generan el saber y la producción, así como la creación de nuevas áreas de investigación y aplicación productiva.

Figura 13. Exploración y explotación de yacimientos en aguas profundas

Figura 14. Exploración y explotación de yacimientos de gas

El perfil general de los investigadores de áreas de exploración-producción debe incluir la habilidad para trabajar en proyectos multidisciplinarios, y un profundo conocimiento de principios de ingeniería apropiados a cada disciplina, con sólidas bases de matemáticas, física e informática. Las principales competencias que son necesarias para alcanzar los objetivos de investigación y desarrollo

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Exploración y producción

• • •

Ingeniería petrolera. Modelación y simulación. Análisis de riesgo.

Productividad de pozos • Ingeniería petrolera. • Química y física del sistema roca-fluido. • Ingeniería mecánica. • Modelación y simulación. Instalaciones automatizadas • Sistemas inteligentes. • Inteligencia artificial. • Ingeniería petrolera. • Ingeniería civil. • Ingeniería de sistemas de control.

Figura 15. Exploración y explotación de depósitos de hidratos de metano

tecnológico en las áreas consideradas son las siguientes: geocientíficos con especialidad en sismología de exploración, geología y geofísica de yacimientos, ingenieros de sistemas, matemáticos aplicados, físicos aplicados, ingenieros en computación (desarrollo de software), petroleros de yacimientos, ingenieros en yacimientos, geofísicos de pozos, geomecánicos, ingenieros mecánicos eléctricos y electrónicos, especialistas en control, robótica, comunicaciones e inteligencia artificial, ingenieros químicos, petroleros de producción, petroleros y mecánicos de perforación, geomatemáticos, y geoquímicos. Algunos ejemplos de las disciplinas que deben intervenir en cada competencia se especifican a continuación: Sísmica, procesado e interpretación • Análisis de señales. • Petrofísica y física de rocas (geología y geofísica). • Opimación (no lineal) e inversión. • Electrónica (diseño de herramientas para medir propiedades físicas de las rocas). • Sistemas y programación (modelación y simulación dinámica). • Sensores. • Telemetría. Diseño automático • Química del petróleo. • Ingeniería mecánica. • Materiales y corrosión.

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Tratamiento de crudo y gas in situ • Biotecnología. • Ingeniería molecular. • Química del petróleo. • Modelación y simulación. Exploración de nuevas cuencas • Gravimetría y magnetometría. • Geología-geofísica. • Geoquímica. • Electrónica (percepción remota). • Sensores. • Administración y minería de datos. • Ingeniería de comunicaciones. Movilidad en yacimientos • Análisis de señales. • Petrofísica y física de rocas (geología y geofísica). • Optimación (no lineal) e inversión. • Electrónica (diseño de herramientas para medir propiedades físicas de las rocas). • Sistemas y programación (modelación y simulación dinámica). • Sensores. • Telemetría. • Geofísica de explotación. Es necesario hacer notar que además de las capacidades que deberá tener el personal, será necesario desarrollar otras en infraestructura informática y de laboratorio con el fin de que sea congruente el desarrollo de la competencia. Si quisiéramos resumir las competencias necesarias para desarrollar las investigación y el desarrollo tecnológico en exploración y producción podríamos en-

Prospectiva de la investigación y el desarrollo tecnológico del sector petrolero al año 2025

focar nuestros esfuerzos en: modelado geológico de cuencas, modelado geológico y numérico de yacimientos, recuperación mejorada de hidrocarburos, estimulación de pozos, automatización, medición y control de instalaciones de producción y perforación no convencional. No cabe duda que cada una de estas competencias deberán ser multidisciplinarias porque se ha visto y se prevé que solamente de esta manera podremos competir para formar grupos de excelencia.

grupos de investigadores y especialistas capaces de alcanzar las metas propuestas en esta prospectiva.

7. Conclusiones

Holstein, Edward D., Allan R. Berger, “Measuring the Quality of a Reservoir Management Program” . Journal of Petroleum Technology, enero 1997.

De los resultados obtenidos en este análisis se puede resumir que existen ocho áreas de oportunidad que tendrán que incluir tecnologías que se distingan por evolucionar hasta alcanzar retos planteados para el 2025, como son uso de la robótica en la perforación, el uso de sistemas expertos en los estudios integrales de yacimientos, así como otras tecnologías mencionadas. Es necesario resaltar que los resultados muestran que las tecnologías deberán tener un desarrollo incremental, como es el caso de exploración y explotación en los diferentes yacimientos de gas y aceite que existen en México; pero que, además, no se deben despreciar ciertos recursos que existen en nuestro país y que no han sido explorados ni explotados, como los hidratos de metano y carbón. En estos últimos, será necesario desarrollar capacidades para cuantificar los volúmenes probables de gas por explotar. Será necesario seguir un plan de acción específico definido para cada una de las áreas. Existen ciertas competencias estratégicas para las que habrá que dedicar los recursos necesarios para contar con

8. Referencias Al-Hussaing, R., Neil, H., “Reservoir management: Principles and practices”, Journal of Petroleum Technology, diciembre 1996.

Hopkins, J. R., “Reservoir technology resources in the Next Millennium”, Offshore Technology Conference 10783, 1999. Moritis, G., “Industry confronts challenges”, Oil & Gas Journal. Volume 98, Issue 18, mayo, 2000. p.81. Moritis, G., “Massive oil resource to be targeted by new EOR techniques”. Oil & Gas Journal. Volume 97, Issue 50, diciembre, 1999. p.75. Pemex Exploración y Producción. “Plan Estratégico de PEP”, junio, 2000. Pemex Exploración y Producción. Seminario de Desarrollo de Campos: Una perspectiva General, 1993. Saher, A., Thakur, G. C., ”Integrated Petroleum Reservoir Management, a Team Approach”, Penn Well Books, 1994.

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