Informe de Vigilancia Tecnológica en la Exploración y Explotación del Petróleo, una Aplicación de la Geometría Fractal
Oscar Augusto Navarro Alvis Escuela de Ingenierías, Centro de Ciencias Básicas, Maestría en Ciencias Naturales y Matemática, Virtual, Universidad Pontificia Bolivariana Seminario de investigación II Profesor: Dr. Johnson Garzón Reyes 04 de marzo de 2021
TABLA DE CONTENIDOS
TABLA DE CONTENIDOS ................................................................................................................................ 2 INDICE DE TABLAS ......................................................................................................................................... 3 INDICE DE GRAFICOS ..................................................................................................................................... 3 PRESENTACIÓN ............................................................................................................................................. 4 INTRODUCCIÓN............................................................................................................................................. 4 PREGUNTAS ORIENTADORAS ........................................................................................................................ 8 METODOLOGÍA ............................................................................................................................................. 8 FUENTES DE INFORMACIÓN Y CONSULTA .................................................................................................. 10 SINTENSIS DE BASE DE DATOS .................................................................................................................... 13 CONCLUSIONES ........................................................................................................................................... 13 REFERENCIAS............................................................................................................................................... 15
INDICE DE TABLAS
Tabla 1.
Vigilancia tecnológica - preguntas orientadoras....................................................................... 8
Tabla 2.
Relación base de datos y descripción de la búsqueda ............................................................ 10
Gráfico 1.
INDICE DE GRAFICOS Representación gráfica del número de artículos por base de datos ................................... 13
abandonadas; e) ayuda a la toma de PRESENTACIÓN decisiones y orientación de la elaboración El presente informe de vigilancia
del trabajo final de grado.
tecnológica e inteligencia competitiva perfila Este ejercicio permite comprender el en parte el trabajo investigativo realizado en panorama actual que hay entorno a la Colombia y en algunos países productores y industria petrolera y sus prácticas de exportadores de petróleo; centrando en los exploración y explotación, a la vez brinda un métodos
de
exploración
y
estimación panorama actual del manejo productivo en la
potencial de producción de crudo en zonas explotación de pozos petroleros previamente activas o ya abandonadas. Con el siguiente informe es posible realizar
un análisis sistemático de la
información
teniendo
en
cuenta:
a)
seleccionados,
identificando
investigadores
que
soluciones
alternativas
ambiental
que
vinculado
la
De esta manera se pretende contribuir a la investigación
impacto
e
geometría fractal en este campo de trabajo.
enriquecer el estado del arte; b) buscar al
han
actores
matemática que
mitiguen
y
buscar
el
impacto
enmarca la exploración de petróleo en un
ambiental negativo que por muchos años
territorio; c) identificar alternativas y métodos
esta práctica industria ha dejado.(Smith,
actualizados de exploración y explotación de
1984)
petróleo; d) conocer las tendencias actuales INTRODUCCIÓN de producción de petróleo en el mercado globalizado y cambiante; e) descubrir cómo
La naturaleza por cientos de años ha
y cuáles son los aportes que ofrece la
develado al ser humano, parte de su forma
geometría fractal en la exploración de
original, a través de un lenguaje único e
petróleo y en la estimación potencial de
irrepetible,
producción
tranquilidad, paz, sosiego, como también,
en
zonas
activas
y/o
ha
expresado
armonía,
temor y respeto por el medio en que se vive.
comunes
la manera de comunicarse con el medio ha
geográfico,
detallado
satelital, magneto-telúrico y geoquímico.
estructuras
propias
de
la
naturaleza, como son, formas, colores, olores entre otras, características que han llevado a lo largo del tiempo generar interés por el estudio de cada una de ellas.
son:
sísmicos
gravimétrico,
de
reflexión, magnético,
Es a través de la geometría fractal que
el
matemático
francés
Benoit
Mandelbrot, a mediados del siglo XX, diera a conocer esta rama de las matemáticas
En el territorio nacional, el Ministerio
relacionada con el estudio de las formas y
de Minas y Energías, es el ente encargado
entornos
de regular las exploraciones y explotaciones
similitudes con el lenguaje propio de la
de los hidrocarburos de manera legal y
naturaleza y modelando geométricamente
controlada.
patrones,
Las
disposiciones
legales
no
lineales,
entornos,
encontrando
dimensiones
y
emitidas por este Ministerio en los últimos 10
soluciones no solo de las matemáticas sino
años,
de otros ámbitos de estudio.
establecen
técnicos
y
los
requerimientos
procedimientos
para
la
exploración y explotación de hidrocarburos en
yacimientos
no
convencionales
(Ministerio de Minas y Energía, 2014); estipulan
los
mecanismos
para
la
identificación y el tratamiento de pozos petroleros, las técnicas y herramientas para hallar e identificar su volumen y la geografía que lo identifica. Existen distintos métodos de exploración para localizar yacimientos de petróleo según (Martinez, 2000.) los más
Colombia es considerado uno de los países más productivos y activos de Suramérica, en la exploración y explotación de hidrocarburos, según el reporte integrado de sostenibilidad emitido por Ecopetrol (Ecopetrol S.A., 2019), Colombia presentó alzas significativas en la producción de crudo y gas de 720 a 725 Kbpde, marcó diferencia en el hallazgo de 3 pozos petroleros en menos de
un
año
de
operaciones (entre el 2018 y el 2019), con
volumen de significancia de 1.109 a 1.153
compensaciones apoyan los planes locales
Kbdc,
ingresos
de gobierno y van en pro del progreso de sus
operacionales y obteniendo utilidades netas
habitantes; según el estudio realizado por
de 13,25 Billones de pesos.
Yesenia Vargas Tejedor y Nohra León
mejorando
sus
Las actividades de exploración y explotación de hidrocarburos representan para la economía mundial, la principal fuente de ingreso económico y financiero de sus gobiernos, debido a la variedad de productos y usos que se le da directamente al petróleo y sus derivados. decimoséptimo
Colombia ocupa el lugar
en
países
exportadores de petróleo en el mundo, siendo el segundo país latinoamericano en esta
práctica
económica
después
Rodríguez en 2017, en una de las zonas de mayor afluencia de yacimientos petroleros, el Piedemonte Llanero, zona comprendida entre los municipios de Yopal, Aguazul y Tauramena,
en
el
departamento
del
Casanare; con el objetivo de analizar los efectos ambientales de la exploración y explotación de hidrocarburos en esta zona, en el periodo de tiempo de 1970 y 2014 (Vargas Tejedor & León Rodríguez, 2017)
de
En este trabajo se presenta la
Venezuela; exportando 777.900 barriles de
geometría fractal, su estructura teórica y
crudo por día, lejos de alcanzar a Arabia
conceptual,
Saudita con exportaciones de 8.865.000
industrial de la exploración de petróleo,
barriles de petróleo al día.
pretendiendo
Un departamento o un municipio escogido por el gobierno nacional y con autorización
para
la
exploración
y
explotación de hidrocarburos, un territorio
vinculada
identificar
a
la
la
actividad
producción
potencial en zonas activas y abandonadas, reconociendo propiedades fractales como autosimilitud, dimensión fractal e índice de Hurst.
potencial para el desarrollo económico de su
La geometría Euclidiana, ha brindado al ser
localidad,
humano la posibilidad de entender los
donde
las
regalías
y
fenómenos naturales y a construir su propio
abandonadas haciendo uso de la geometría
hábitat a través de la exploración y uso de
fractal.
los
entornos
bidimensionales
y
unidimensionales, tridimensionales;
sin
Ámbito de aplicación: Producción de petróleo
embargo, existen dimensiones que no son propiamente enteras, no pertenecen a la Geometría Euclidiana; estas dimensiones cuyo valor no es un número entero son dimensiones fractales. El término fractal proviene del latín “fractus” que significa irregular
o
rugoso
(Valdez-Cepeda
&
Olivares-Sáenz, 1998) y fue utilizado por el matemático francés Benoit Mandelbrot en
Objetivo: Describir un modelo de geometría fractal en la identificación y potencialidad de la producción de petróleo en algunas zonas activas
•
producción petrolera y modelos de dimensión fractal útiles para el objeto de estudio. •
resolución de problemas, tal fue el caso de
et al., 2018) Tema principal: Determinación potencial de la producción de petróleo en zonas activas y
Determinar mediante un análisis de vigilancia tecnológica, los referentes de
tiempo, los estudios de Mandelbrot, tomaron
en las secuencias de programación.(Prada
territorio
cuenta:
comportamientos de auto similitud. Con el
las computadoras y el estudio de patrones
del
Elementos específicos para tener en
naturaleza relacionados con escalares y
la empresa naciente IBM, con la incursión de
abandonadas
nacional.
1977, para estudiar fenómenos de la
fuerza, cada vez que se aplicaban en la
y
Modelar los datos acopiados en la zona objeto de estudio.
•
Establecer la relación entre el área de perforación y producción de barriles de petróleo a través del cálculo de la dimensión fractal.
•
Determinar la persistencia de la serie temporal de la producción de barriles de petróleo en un pozo.
¿Cuáles son los
¿Cómo se calcula
costos de
la dimensión
producción de
fractal de figuras
petróleo en
amorfas?
Colombia? PREGUNTAS ORIENTADORAS la
tabla
1,
muestra
las
preguntas
¿Cuáles son los
¿cuál es la
criterios que
interpretación
clasifican un pozo
matemática que
abandonado?
brinda el índice de
orientadoras en el ejercicio de vigilancia
Hurst, en el
tecnológica, está dividido en dos ámbitos, el de producción petrolera y el de geometría
análisis de datos? ¿Existe
algún ¿De qué manera la
método fractal
enfocada
a
la
exploración
explotación de hidrocarburos.
y
identificar
preguntas orientadoras En Producción Petrolera
fractal
posibles apoya el estudio de
remanentes petroleros
Tabla 1. Vigilancia tecnológica -
para geometría
la producción de en
los petróleo?
pozos abandonados?
¿Cuáles son los
En Geometría Fractal Aplicada Al Objeto De Estudio ¿Cómo se calculan
métodos habituales
áreas y volúmenes
en la exploración y
de figuras amorfas
vigilancia tecnológica abarca los enfoques
explotación
a través de la
de producción de petróleo en el ámbito
petrolera?
geometría fractal?
¿Cuál es
¿De qué manera la
rendimiento
propiedad de
igual la incidencia que hay de la geometría
promedio de
autosimilitud se
fractal en el cálculo de áreas, volúmenes,
producción de un
identifica en áreas
pozo petrolero en
y volúmenes de
Colombia?
figuras amorfas?
METODOLOGÍA El estudio vinculado a la presente
nacional con referentes internacionales, al
dimensión fractal y estimación del índice de Hurks, como parámetros matemáticos que evalúan un modelo de producción potencial
en zonas activas y abandonadas de la
ACM Digital Library, ASTM COMPASS,
exploración de hidrocarburos. El periodo de
GreenFILE, Journals Asme, Nature (Revista
observación e indagación será desde el año
individual),
2000 y siguientes hasta la fecha, tomando
Search, Scopus), revistas científicas y
medios de búsqueda las bases de datos
publicaciones actuales que puedan dar
referenciadas en las clases (Business
soporte
Source Complete, Regional Business News,
planteadas en la Tabla 1.
a
Science
las
Direct,
preguntas
Academic
orientadoras
FUENTES DE INFORMACIÓN Y CONSULTA Tabla 2. Relación base de datos y descripción de la búsqueda Base De Datos
Business Source Complete
Regional Business News
ACM Digital Library
ASTM COMPASS
Criterio De Búsqueda
Tipo De Publicación
Materia
Responsables De La Publicación
fractals and oil (79 articulos)
Publicaciones académicas (71), Publicaciones profesionales (6), Revistas (2)
fractal dimensions (9), crystallization (7), crystals (6), fat (4), fractal análisis (4), microstructure (4), petroleum (4),petroleum product sales & prices (4), heavy oil (3), oil sales (3), petroleum reservoirs (3), gas reservoirs (2), natural gas (2), vegetableoils(2)
journal of the american oil chemists' society (jaocs) (15), environmental science & technology (6), petroleum geology & recovery efficiency (6), energy economics (5), oil & gas business (5), applied thermal engineering (4), ieee transactions on dielectrics & electrical insulation (4), oil drilling & production technology / shiyou zuancai gongyi (4), journal of chinauniversity of petroleum (3), journal of cleaner production (3), applied economics (2), petroleum chemistry (1).
fractals and oil (3articulos)
Periódico (3)
Oil and fractals
AntWorks collaborates with SEED Group (2) sala; Rising to the challenge (1)
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Actuaciones (7.069) Revistas (1.074) Boletines (492) Revistas (353) Libros (35) Enciclopedias (33) Informes (8)
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England (3)
North america, england
North america, england
Calidad y Estadística (1)
GreenFILE
Journals Asme
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fractals and oil (267 articulos)
fractals and oil (23 articulos)
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fractal dimensions 7 coal mining 6 diesel motors 5 emissions (air pollution) 4 fractal análisis 3 fractals 3 gas reservoirs 3 particles 3 particulate matter 3 petroleum reservoirs hydrocarbons 1
Fractales (32) Fricción (32) Material particulado (29) Vibración (29) Temperatura (27)
fresenius environmental bulletin 8 environmental science & technology 6 atmospheric environment 3 energy sources part a: recovery, utilization & environmental effects 3 mine water & the environment 2 environmental progress & sustainable energy 1 international journal of global energy issues 1 international journal of mining, reclamation & environment 1 process safety & environmental protection: transactions of the institution of chemical engineers part b 1renewable & sustainable energy reviews 1 renewable energy: an international journal 1 science of the total environment 1 water, air & soil pollution 1
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china 3 australia 1 chongqing (china) 1 india 1 new south wales 1 northern british columbia 1 sichuan sheng (china) 1 singapore 1
North america, england
North america
fractals
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fractals and oil (866 articulos)
fractals and oil (1451 articulos)
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al
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“FRACTALS AND OIL”, se encuentra que la
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base de datos que mayor información
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suministra en el número de artículos
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9066 3 79 0
simposios y
2000 4000 6000 8000 10000
NÚMERO DE ARTÍCULOS
revistas, La segunda base de datos que mejor información tiene con relación al CONCLUSIONES criterio de búsqueda es “Science Direct” El 2018, los costos de operaciones seguido de “Scopus” las cuales brinda en la (compuestos por: costos de exploración y búsqueda
una
amplia
variedad
de costos de transporte), van a incrementarse
publicaciones y artículos haciendo que se paulatinamente en la medida en que la enriquezca la búsqueda tal como se refleja reactivación económica de los países líderes en el grafico 1 en exportaciones de petróleo fortalezca sus Gráfico 1. Representación gráfica del número de artículos por base de datos
estrategias
económicas
e
industriales.
(Romero et al., 2018). Según la práctica global minera, existen tres métodos para la extracción de hidrocarburos, replicados
de
métodos los
países
tradicionales líderes
en
extracción y excavación de hidrocarburos, esto dependiendo del terreno en que se
encuentre, son: Método convencional, el
La alternativa de utilizar la geometría
método no convencional y el método
fractal en la exploración de yacimientos
offshore. El método convencional consiste
petroleros,
en montar una torre externa al pozo dotada
respectivas propiedades geológicas que
de un motor y un taladro llamado Trépano, a
tiene el suelo para identificar propiedades de
medida que el Trépano va perforando se va
autosimilitud y la relación parte todo en la
inyectando lodo para enfriar el taladro e ir
dimensión
impermeabilizando el orificio que se está
oportunidad del análisis de terrenos a través
creando, se utiliza un orificio en forma de
de programas de computadoras a bajo
“cono”, amplio hacia el lado de la superficie,
costo.(Benoit Mandelbrot, 2013)
y
angosto
a
medida
que
se
llevaría
de
al
análisis
Hausdorff;
de
abriría
las
la
va
La exploración de nuevas estrategias
profundizando; en los primeros metros se
de búsqueda de yacimientos de petróleo
utiliza una tubería de revestimiento llamada
desde aquellos yacimientos abandonados y
“casing”, que se encarga que no se filtre los
cerrados, han dado la oportunidad de
posibles yacimientos de agua que se
desarrollar un sistema de cómputo que
encuentran en la perforación como también
pueda identificar propiedades fractales para
que no se valla a derrumbar las paredes del
estimar los volúmenes de posibles regiones
túnel. Cuando se llega al reservorio, la
olvidadas en el terreno mexicano con éxito.
presión natural hace que el petróleo y el gas
(Huescani & Bernal, 2017).
salga a la superficie, de no ocurrir esto se
Las aplicaciones de la geometría
utiliza una máquina bombeadora que extrae
fractal en el campo de la exploración y
a
minerales
producción de petróleo está muy reciente,
requeridos, estos a su vez son almacenados
sin embargo, es la alternativa precisa para
y se disponen para su trasporte a refinerías
explorar este campo de la mano de la teoría
ya sea por trasporte terrestres o por
del caos que trascienda a sistemas más
viaductos. (Canal YPF, 2013, 0m17s.).
complejos y dinámicos, sin desvincularse de
presión
mecánica
los
los métodos tradicionales que poseen las
autosimilitud de la geografía, la comparación
empresas actualmente para esta actividad
con el modelo matemático debe esta
industrial. (Velázquez & Cruz, 2015).
ajustado
a
un
modelo
tradicional
de
La estimación del coeficiente de
exploración; La ejecución de un modelo
Hurst en los precios del petróleo del caso
ajustado en la exploración de yacimientos
WTI; muestran la aplicación de la dimensión
petrolíferos puede llevar a las grandes
fractal en la proyección del precio del
empresas a reducir costos de producción.
petróleo en un periodo de tiempo corto
De manera alterna el análisis y proyección
(enero 2016 a abril 2016) con el objetivo de
de precios en la comercialización de barriles
cuantificar la tendencia estos precios y poder
de petróleo puede ser apoyada por las
tomar daciones, la geometría fractal se ha
herramientas fractales como la dimensión
convertido en una herramienta para modelar
fractal o el índice de Hurst.
comportamientos financieros y es útil en el REFERENCIAS análisis de resultados. (Hernández Gómez, Benoit Mandelbrot. (2013). La geometria
2016). La
geometría
fractal
ofrece
la
posibilidad de analizar, estimar y modelar situaciones reales del entorno, que pueden llegar a ser una alternativa al trabajo industrial y económico; se pretende a la vez,
fractal de la naturaleza. Canal YPF. (2013). Métodos de perforación y extracción de hidrocarburos. https://www.youtube.com/watch?v=JdV LhFUovOA
verificar si existe a través de la geometría Hernández Gómez, N. J. (2016). Estimación fractal una manera de estimar áreas y del exponente de Hurst y la dimensión volúmenes
de
sectores
potencialmente fractal del petróleo : caso wti.
activos en la exploración de hidrocarburos. Universidad Central, 1. Se debe tener cuidado en el análisis de las muestras en la búsqueda de la
Huescani, J., & Bernal, J. (2017). Sistema
para estimar el petróleo no descubierto
Formal Languages. Computer
, usando datos de reservas , cuencas ,
Graphics (ACM), 18(3), 1–10.
PVT y geometría fractal System for
https://doi.org/10.1145/964965.808571
estimating undiscovered oil , using data from reserves , basins , PVT and fractal geometry. 58(2), 114–135. Martinez, A. X. (n.d.). extracción de
Velázquez, R. C., & Cruz, M. V. (2015). Geometría fractal , Teoría del caos , y sus aplicaciones en la Industria Petrolera Fractal geometry , Chaos
hidrocarburos. Organización
Theory , and their applications in the
Latinoamericana de Energia.
Oil Industry. 55(12), 718–729.
lacomunidadpetrolera.com Ministerio de Minas y Energía. (2014). Resolución 90341 de 2014 (p. 18). Prada, D. A., Sanabria, M. P., Torres, A. F., Acevedo, A., & Gómez, J. (2018). Analysis of persistence in fluctuation of the Cauca river through the Hurst coefficient. Journal of Physics: Conference Series, 1002(1). https://doi.org/10.1088/17426596/1002/1/012011 Romero, J., Senior, E., & Frysz, J. (2018). INFORME ECONÓMICO No.1. ACP, 1, 2–4. Smith, A. R. (1984). Plants, Fractals, and