Sin título de diapositivaIng. Carmen Partidas
CONTENIDO
Pesados
Mundial
CAPITULO III: Gerencia de Tecnología aplicada a
Crudos Pesados
Planificación de Proyectos de Inyección de Vapor
Diseño del Programa de Inyección de Vapor
Análisis de Brechas Tecnológicas
CONTENIDO
Fundamentos Básicos asociados con la Selección del
Proceso
Reseña de Experiencias en la Explotación de Crudos
Pesados
CONTENIDO
CAPITULO IV: Mesa de Trabajo e Intercambio de Experiencia
Discusión de Problemas
CONTENIDO
PROGRAMACION DEL CURSO
OBJETIVOS
Características Físicas
incrementar el Factor de Recobro
Definir Estrategias Claves para Gerenciar la Producción de
Crudos Pesados
Crudo Pesado
Crudo con Gravedad API por debajo de 21º y Viscosidades que pueden
alcanzar los Miles de centipoises
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Características del Crudo Pesado
Relación entre Viscosidad y Gravedad API
Viscosidad, cps
Gravedad, API
Tomado: Artículo de Schlumberger
Gravedad API
Viscosidad, cps
Clasificación de los Depósitos
Petróleo con Viscosidad suficiente para tener movilidad
Por Clases
Clase 1
Clase 2
Clasificación de los Depósitos
Según los Componentes Presentes
Los fluidos contenidos en las Rocas denominados Hidrocarburos, son
una serie de Compuestos Orgánicos que consisten exclusivamente de
Carbono e Hidrógeno, los cuales tienen la habilidad de formar
largas y continuas Cadenas que originan diferentes compuestos
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Caracteristicas de la Acumulacion
Estos Crudos tienen viscosidades entre 1000 y 10000 cp si se
considera que el agua tiene 1 cp, se aprecia su poca fluidez
Por lo general se encuentran a profundides entre 3000 y 5000
pies
Tienen alto contenido de Azufre ( 1 a 8% )
Pueden tener alto contenido de sal , Niquel, Vanadio.
A veces presentan sulfura de Hidrogeno.
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Según los Componentes Presentes
Clasificación de los Depósitos
Alcanos
Son compuestos formados por átomos de carbono e hidrógeno, unidos
por enlaces simples
Su fórmula general es CnH2n+2
Se nombran a través de la combinación de:
Un prefijo (denota el No. de átomos de carbono)
Un sufijo “ano” (clasifica al compuesto como un alcano)
También se denominan hidrocarburos saturados o parafinas
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Ciclo Alcanos
Los átomos de carbono unidos en forma de anillos son los compuestos
cíclicos, tales como los ciclos alcanos y los ciclos alquenos
Los ciclos alcanos son también conocidos como: naftenos,
cicloparafinas o hidrocarburos alicíclicos
Los naftenos están constituidos por anillos saturados. Su fórmula
general es CnH2n
Se representan por simples polígonos, cuyos vértices corresponden a
un átomo de carbono
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Aromáticos
Su comportamiento químico es similar al benceno
Su agradable olor es característico, de allí su nombre de
aromáticos
Difieren de las otras familias de hidrocarburos en que los enlaces
carbono-hidrógeno no siguen la teoría de los enlaces
covalentes
Se representan por hexágonos cuyos vértices corresponden a un átomo
de carbono
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Resinas y Asfaltenos
Formadas por combinaciones de anillos aromáticos de Estructuras
Complejas, además poseen porcentajes variables de: Azufre, Oxígeno
y Nitrógeno
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
SARA
Se puede resumir que el petróleo está constituido químicamente por
Cuatro (4) Familias:
Saturados
Resinas
Aromáticos
Asfaltenos
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Clasificación de los Yacimientos según la Mezcla de Hidrocarburos
(Diagrama de Fases)
Yacimientos de Gas
Petróleo de BAJA volatilidad (Petróleo Negro)
Liviano
Mediano
Pesado
Diagrama de Fases
Livianos 30 < °API < 40
Medianos 20 < °API < 30
Pesados 10 < °API < 20
Extra pesados °API < 10
Distribución de Reservas Crudos Pesados
( MMMBls al año 2005 )
Evolución de los Procesos de Explotación
1865
asistido por Gravedad
A continuación se presenta un resumen cronológico de la evolución
de los Proceso aplicados en la Explotación de los Yacimientos de
Crudos Pesados en el Mundo y en Venezuela.
1865 (Perry y Warner): Primera patente para desarrollar
Calentadores de Fondo.
1917 (Lewis): Posiblemente primeros intentos de Combustión en Sitio
(Inyección de Aire).
1931-1932: Inyección Continua de Vapor en Texas, se inyectó vapor
por 235 días en una arena de 18 pies, a una Presión entre 150 y 200
lpc.
1933: En Rusia, una Prueba de Combustión en Sitio para gasificación
del Carbón. En 1942, en USA.
1959: Se inicia un Proyecto Piloto de Inyección Continua de Vapor
en Mene Grande, Venezuela el cual se suspende por irrupciones de
Vapor, Agua y Petróleo en superficie. Cuando se decidió aliviar la
presión de los Inyectores, estos pozos produjeron Vapor y Petróleo
(100 a 200 b/d) aunque nunca antes habían producido petróleo.
1960: En la década de los 60, diferentes investigadores mostraron
el potencial uso del Dióxido de Carbono en el Recobro Mejorado de
Crudos Pesados.
1964: Inició un Proyecto de Combustión en Sitio en el Campo Miga en
Venezuela.
1969: En Arkansas se realizó la Primera Inyección de Dióxido de
Carbono en un Yacimiento de Crudos Pesados.
1971: Inyección Cíclica de Vapor en el Campo Lagunillas en el Edo.
Zulia.
1974: Pruebas de Laboratorio de Inyección de Gas, Aire y CO2 con
Vapor, realizado por la Exxon Production Research Company en
Houston, consiste en un Modelo Escalado en los Estados Unidos, para
una arena no consolidada conteniendo un crudo con características
similares a los de la Costa Bolívar.
1980: Pruebas de Campo de Inyección de Aire Comprimido, en la
Inyección Alternada de Vapor, fueron realizadas por Busky Oil
Operations, en un yacimiento de Crudo Pesado en California. Los
resultados obtenidos en esta prueba indican que con la inyección de
aire/vapor se produce casi el doble de petróleo comparado con la
Inyección de Vapor solamente.
1980: Proyecto Piloto de Inyección Alterna de Vapor en el Campo
Melones en Venezuela.
1981: Prueba Piloto de Inyección Alternada de Vapor seguida de
Inyección de Gas Natural en el Campo Tía Juana en Venezuela.
1984: Uso de Aditivos en Inyección de Vapor en la Costa Bolívar en
Venezuela.
1990: Inyección Alterna de Vapor en el Yacimiento LL-4 (Occidente
de Venezuela),
1994: Inyección Alterna de Vapor en el Yacimiento Bachaquero – 1
(Occidente de Venezuela).
1996: Inyección Alterna de Vapor en el Yacimiento Bachaquero – 2
(Occidente de Venezuela).
2000: Prueba Piloto de la Tecnología SAGD en el Campo Tía Juana en
Venezuela, yacimiento con una profundidad de 1000 pies, Porosidades
de 38% y Permeabilidades entre 1 y 2 Darcys.
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YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Es el Volumen de Petróleo almacenado Originalmente en los Poros de
la Roca
Fundamentos Básicos
La Geometría del Yacimiento es una de las principales
Características a considerar en cualquier Proceso de Inyección, ya
que la Estructura y Estratigrafía determinan la Eficiencia del
Proceso a nivel de las diferentes arenas, este término está
amarrado a los Canales permeables de la Roca
Petróleo en Sitio
Geometría del Yacimiento
Fundamentos Básicos
Esta es una consideración primordial para los Procesos Térmicos. A
medida que la profundidad aumenta, la Presión de Inyección
requerida normalmente aumenta. Para vapor esto se traduce en la
necesidad de generadores de mayor capacidad y de mejor Calidad del
Agua de alimentación. Para aire, se traduce en un mayor número de
Etapas de Compresión
Profundidad del Yacimiento
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Es la fracción del Volumen Bruto o Total de la Roca, que no está
ocupado por la matriz
Es la medida de la Capacidad de Almacenamiento de la Roca, que se
expresa en términos de Porcentaje o Fracción.
Depende de la Heterogeneidad del Yacimiento
Fundamentos Básicos
Porosidad (Ø)
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Propiedad que la roca posee para que los fluidos puedan moverse a
través de la red de Poros Interconectados, lo que a su vez
determina lo que comúnmente se llama Canales Preferenciales de
Flujo
Fundamentos Básicos
Fundamentos Básicos
Es muy importante tener en cuenta la Continuidad de las Propiedades
de la Roca, en cuanto a Permeabilidad y Porosidad.
Como el Flujo de Fluidos en el Yacimiento es esencialmente en la
dirección de los Planos de Estratificación, la continuidad es de
interés primordial. La Estratificación y/o Lenticularidad severa en
un Yacimiento, hace difícil correlacionar Propiedades de Pozo a
Pozo.
Heterogeneidad del Yacimiento
Fundamentos Básicos
Este parámetro es muy importante en la determinación de la
factibilidad de un Proyecto de inyección.
En yacimientos donde se haya efectuado una Inyección de Agua
exitosa, son pocas las probabilidades de que un Proyecto Térmico
sea la alternativa, sin embargo, existen muchas excepciones a esta
regla, especialmente si el precio del crudo es alto.
Saturación de Agua
Fundamentos Básicos
Parámetro importante en todos los Procesos Térmicos.
Para Inyección de Vapor o de Agua Caliente es conveniente tener
espesores moderadamente altos, ya que de esta manera las Pérdidas
de Calor hacia las formaciones adyacentes son bajas.
Para Arenas de poco Espesor, las pérdidas de calor pueden dominar
los Procesos de Inyección de Vapor y de Agua Caliente.
Espesor de la Arena
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Un yacimiento con estas características es sometido a Combustión en
Sitio, la cantidad de petróleo quemado como combustible puede
resultar muy alta o puede que el aire inyectado se canalice por la
zona de gas. Si se inyecta vapor, el vapor puede canalizarse por el
tope de la arena, resultando en ruptura temprana del vapor
inyectado.
La Inyección de Vapor en la Zona de Gas de un Yacimiento Segregado
puede ser aprovechada para calentar y recuperar parte del Petróleo
existente.
Segregación
Yacimientos producidos por empuje de gas en solución donde haya
ocurrido Segregación Gravitacional, pueden presentar problemas
cuando son sometidos a Procesos Térmicos.
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Fundamentos Básicos
En algunos yacimientos, el petróleo presenta cierta Movilidad, no
lo suficiente como para permitir Tasas de Producción económicamente
rentable, es necesario:
Inyectar Vapor a la Formación
Ejecutar Trabajos de Estimulación
En algunos yacimientos, el petróleo en sitio es esencialmente
inmóvil.
Cuando esto ocurre es difícil, sino imposible, iniciar un Frente
Móvil de
Petróleo,la única forma es calentar un área considerable del
yacimiento
El Incremento de Temperatura contribuye a reducir la Viscosidad
del
Petróleo, mejorando su Desplazamiento
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YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Dada las Características de este Tipo de Crudo y considerando el
efecto sobre su desplazamiento en el yacimiento, se debe considerar
el término de la Movilidad
La Movilidad es la Relación de la Permeabilidad Efectiva de la Roca
a un Fluido y la Viscosidad del mismo
Movilidad
Razón de Movilidad (M)
Es la Relación entre la Movilidad de la Fase Desplazante y la Fase
Desplazada
K se refiere a la Permeabilidad Efectiva
Para la Recuperación de este tipo de crudos bajo un mecanismo de
recobro mejorado, se debe considerar la Razón de Movilidad
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Propiedades Térmicas de Rocas y Fluidos
Medida de la resistencia ofrecida por las moléculas de una
sustancia a fluir
La Viscosidad de los Crudos depende de:
Composición
Temperatura
Presión
Solubilidad del Gas, Rs
La viscosidad de los líquidos decrece con el incremento de la
Temperatura y se incrementa con el Peso Molecular y la
Densidad
En un yacimiento agotado, el crudo tiene una viscosidad mayor que
la que tenía el crudo original
Viscosidad
Variación de la Viscosidad con Temperatura
Athabaska
Propiedades Térmicas de Rocas y Fluidos
Densidad del Petróleo peso por unidad de volumen, esta afectada por
la Temperatura.
Se puede determinar experimentalmente o a través de ecuaciones, tal
como :
Farouq Ali
Donde T es en ºF y ρ la Densidad en cualquier Unidad
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Propiedades Térmicas de Rocas y Fluidos
La Densidad del Agua a la Temperatura de Saturación puede estimarse
como:
Con G = - 6,6 + 0,0325 T + 0,000657 T2
T es en ºF y ρw en lbs/pie3
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Propiedades Térmicas del Agua y el Vapor
Calor Específico
Capacidad de una sustancia para absorber Calor, se mide como el
número de BTU necesarios para aumentar la Temperatura de una libra
de una sustancia en 1º F
Es constante y no depende de la Temperatura a la cual se mide
El Agua es el líquido con mayor Calor Específico (1,0 BTU/ lb -
ºF)
Para el Vapor este valor está en el orden de 0,56 BTU/lb - ºF
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Propiedades Térmicas de Rocas y Fluidos
El Calor Específico de un Crudo de gravedad específica (γo) a una
temperatura (T) viene dada por la siguiente expresión:
Donde Co es en BTU/ lb-ºF ≈ 0,5 BTU/ lb-ºF
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Propiedades Térmicas de Rocas y Fluidos
El Calor Específico del Agua (saturada) a una temperatura T en ºF
se puede estimar por la siguiente expresión:
Cw = 1,0504 – 6,05 x 10-4 T + 1,79 x 10-6 T2 ≈ 1,0 BTU/ lb
-ºF
Cw en BTU/ lb -ºF
El Calor Específico para las Rocas
Cr = 0,18 + 0,00006 T
Con T en ºF y Cr en BTU/ lb -ºF
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Propiedades Térmicas de Rocas y Fluidos
Se refiere a la facilidad con la cual una sustancia permite el
flujo de calor a través de ella, se expresa en BTU/ hr-pie -
ºF
Los Materiales con alta Conductividades Térmicas se les llama
Conductores y los de bajas conductividades son Aisladores. Esta
propiedad varía con Presión y Temperatura
Conductividad Térmica (λ)
Propiedades Térmicas de Rocas y Fluidos
Conductividad Térmica en Líquidos varía entre 0,05 y 0,2 BTU/
hr-pie-ºF y normalmente decrece con el Aumento de Temperatura
Conductividad Térmica de Gases para este caso varía entre 0,002 y
0,025 BTU/ hr – pie - ºF, a condiciones ordinarias de Presión y
Temperatura
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Propiedades Térmicas de Rocas y Fluidos
Conductividad Térmica de Rocas
La Conductividad Térmica de un Medio Poroso va a depender de
factores como:
Tipos de fluidos presentes
Propiedades Térmicas de Rocas y Fluidos
Capacidad Calorífica de la Roca Saturada (M)
Donde:
ρ es la Densidad, lb/ pie3
C es el Calor Específico en BTU/ lb-ºF
M es la Capacidad Calorífica en BTU/ pie3-ºF
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Difusividad Térmica
Donde
λ es la Conductividad Térmica en BTU/ hr-pie-ºF.
M es la Capacidad Calorífica en BTU/ pie3-ºF
Las Conductividades Térmicas de rocas están normalmente entre 1,0 a
1,4 BTU/ hr-pie-ºF, la Capacidad Calorífica esta entre 30 – 35
BTU/pie3- ºF y la Difusividad Térmica es aproximadamente 0,04 pie2/
hh
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Propiedades Térmicas de Rocas y Fluidos
Saturación Residual de Petróleo en Inyección de Vapor (Sor)
Corresponde a la Saturación de Petróleo después de aplicar un
Proceso de Inyección de Vapor, es requerida para estimar el
recobro. Es función de la Temperatura y Viscosidad.
Viscosidad del crudo a Tyacim (cps)
Sor @ 240º F
Sor @ 300º F
Sor @ 400º F
Propiedades Térmicas del Agua y el Vapor
Es la Temperatura a la cual se produce la Ebullición del Agua
(Vaporización), También se le denomina Punto de Ebullición y
depende de la Presión.
Puede estimarse a través de Tablas o de Correlaciones como la de
Farouq Ali:
Temperatura de Saturación del Agua
Donde:
Propiedades Térmicas del Agua y el Vapor
Temperatura vs Volumen a P =14.7 lpca
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Propiedades Térmicas del Agua y el Vapor
Densidad del Vapor Seco y Saturado
Puede ser determinada por tablas a partir del Volumen Específico
del Vapor Seco y Saturado.
Para presiones de hasta 1000 lpca, la Densidad del Vapor Seco y
Saturado puede ser determinada mediante la Ecuación derivada por
Farouq Ali
donde
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Propiedades Térmicas del Agua y el Vapor
Cantidad de Calor necesario para aumentar la Temperatura hasta la
Temperatura de Saturación a una Presión dada
Calor Sensible
Entalpía del Agua Saturada o Calor Sensible (hw)
Cantidad de Calor absorbido por el agua cuando es calentada, desde
una Temperatura de 32 ºF a una de temperatura de Saturación Ts,
correspondiente a una Presión particular
Donde:
hw es la entalpía del agua saturada o calor sensible, BTU/lbs
Ts temperatura de saturación, ºF
Calor específico promedio del agua, BTU/ Lb ºF
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Propiedades Térmicas del Agua y el Vapor
Calor Latente de Vaporización del Agua (L)
Cantidad de Calor que debe suministrársele a un líquido para pasar
del Estado Líquido al Estado de Vapor a la Temperatura de
Saturación a una Presión Constante
Depende de la Presión y es inversamente proporcional a ésta.
Se determina por al siguiente relación:
L = hs – hw
El Calor Latente del Agua puede obtenerse de Tablas o estimarse
mediante Correlaciones
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Propiedades Térmicas del Agua y el Vapor
Entalpía (h)
Es el cambio de energía de los fluidos envueltos en un proceso y se
expresa por:
Donde: H entalpía en BTU/ lb
U Energía interna en BTU/ lb
P presión en lpca
V volumen en pie3
Propiedades Térmicas del Agua y el Vapor
Entalpía del Vapor Seco y Saturado (hs)
Representa la suma entre los Calores Sensibles y Latentes de
Vaporización, depende de la Presión.
Puede ser determinada por Tablas, correlaciones o estimarse:
Ecuación de Farouq Ali
Para 15 ≤ P ≤ 1000 lpca con Error ≤ 0,3 %
Para 500 ≤ P ≤ 2500 lpca con 0,3≤ Error ≤ 16,3 %
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Propiedades Térmicas del Agua y el Vapor
Entalpía Disponible (hR)
Si el vapor a una presión Ps o Ts es inyectado a un Yacimiento de
Temperatura Tr, entonces la Entalpía disponible viene dada
por:
Donde:
hs es la Entalpia del vapor seco y saturado, BTU/lbs
Tr temperatura del yacimiento, ºF
Calor Específico Promedio del Agua, BTU/lbs ºF
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Propiedades Térmicas de Rocas y Fluidos
Vapor Húmedo
A la Temperatura de Saturación coexisten simultáneamente agua en
Estado Líquido y Agua en Estado de Vapor, dependiendo del Contenido
de Calor.
A esta Mezcla de Vapor y Agua coexistiendo a la Temperatura de
Saturación se le denomina “Vapor Húmedo”.
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Propiedades Térmicas de Rocas y Fluidos
Entalpía del Vapor Húmedo (hvh)
Depende de la Calidad, en especial a Bajas Presiones, donde la
Entalpía del Agua Saturada es baja.
La expresión que define la Entalpía del Vapor Húmedo es:
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Propiedades Térmicas de Rocas y Fluidos
Vapor Sobrecalentado
A una presión determinada el vapor tiene una Temperatura de
Saturación definida. Si al Vapor Seco y Saturado se le agrega calor
se aumenta su Contenido Calórico y por ende su Temperatura, la cual
será mayor que la de saturación. Bajo estas Condiciones al Vapor se
le denomina “Vapor Sobrecalentado”.
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Propiedades Térmicas de Rocas y Fluidos
Calidad del Vapor (X)
Es la Fracción del Peso Total que corresponde al Vapor Seco en una
Mezcla de Vapor y Agua.
El Vapor Húmedo se caracteriza por el Contenido de Vapor en
la Mezcla, es decir por su Calidad
El Vapor Seco y Saturado tiene una calidad de 100%, puesto
que no contiene agua en Estado Líquido, mientras que el Agua
Saturada puede considerarse como Vapor Húmedo con
calidad igual a Cero
Propiedades Térmicas de Rocas y Fluidos
Determinación de la Calidad del Vapor
Método del Separador
Consiste en separar la Fase Vapor de la Liquida, midiendo las Tasas
de Flujo de las dos (2) Fases cuando dejan el separador.
Para calcular la Calidad, la Tasa de Flujo en Peso del vapor se
divide entre las Tasas de Flujo en peso de las corrientes de Agua y
Vapor.
Si la unidad Generadora de Vapor opera bajo Condiciones de Flujo
Continuo, la Calidad puede hallarse dividiendo la Tasa de Vapor en
el separador por la tasa de agua entrante.
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Propiedades Térmicas de Rocas y Fluidos
Determinación de la Calidad del Vapor
Los sólidos presentes en el Agua de Alimentación se concentran
en
la porción liquida de la descarga del generador y sirven para
proveer
una medida del Porcentaje de la Alimentación aun en Fase
Liquida.
El ión cloruro presente, en la parte liquida del vapor se compara
con su concentración en el Agua de Alimentación.
La Calidad viene dada por:
Método de los Cloruros
Propiedades Térmicas de Rocas y Fluidos
Determinación de la Calidad del Vapor
Se mide la Conductividad entre el Agua de Alimentación y la parte
Liquida del Vapor a la descarga de la Caldera.
La Calidad del Vapor vendrá dada por la siguiente relación:
donde σ es la Conductividad
Método de la Conductividad
Propiedades Térmicas de Rocas y Fluidos
Determinación de la Calidad del Vapor
Consiste en medir las tasas a partir de un Medidor de Orificio
colocado en la Unidad Generadora de Vapor, suponiendo que esta
opera a flujo continuo, luego la Calidad del Vapor será:
Método del Medidor del Orificio
Donde:
C es la constante del medidor de orificio, tabla
ρs es la densidad del vapor seco, lbs pie3
h es la presión diferencial a través de la placa de orificio,
pulgadas de agua
q es la tasa de flujo de vapor en gal min
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Propiedades Térmicas de Rocas y Fluidos
Ejemplo de Cálculo de la Calidad del Vapor
Se tiene vapor a una tasa de 800 BD, equivalente de agua, y a una
presión de descarga igual a 600 lpca, es medida en un medidor de 3
plgs de diámetro nominal 3,068 pulg. de diámetro interno con una
columna de 200 pulg. De agua y una placa de orificio de 2 pulg.
Calcular la calidad del vapor.
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Cálculo de la Densidad del Vapor
ρs 0,228 grs cc 1,428 lbs pie3
Cálculo de la Calidad del Vapor
De la tabla de Orificios, se tiene C es 2,7888
De la lectura del medidor “ h” es 6,2 equivalente a 76,9 pulg. de
agua
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Propiedades Térmicas de Rocas y Fluidos
Grado de Sobrecalentamiento (Svc)
Es la diferencia de temperatura que existe entre la Temperatura del
Vapor sobrecalentado a cierta Presión, y la Temperatura de
Saturación correspondiente a esa misma Presión.
Por ejemplo, a una presión de 14,7 lpca, se tiene vapor a 500º F,
el grado de sobrecalentamiento es de 288º F ( 500 – Ts ó 500 - 212º
F).
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Propiedades Térmicas del Agua y del Vapor
Volumen Específico del Vapor Húmedo
Es el Volumen ocupado por la Unidad de Masa de una sustancia a
determinadas condiciones de Presión y Temperatura.
Donde Vs, Vw, Vvh son los Volúmenes Específicos del Vapor Seco
Saturado, del Agua saturada y del Vapor Húmedo respectivamente, en
pie3/ lb y X es la calidad del vapor húmedo en fracción.
A bajas presiones el Volumen Específico del Agua saturada es
despreciable en relación al del Vapor Seco y saturado, luego
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Entalpía Disponible en el Yacimiento
Si se inyecta vapor a una presión Ps ( es decir a Ts) en un
yacimiento a una temperatura Tr, entonces la Entalpía disponible es
la siguiente:
Propiedades Térmicas del Agua y del Vapor
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Pérdidas de Calor
Durante las Operaciones de Inyección y Producción de Fluidos por
Métodos Térmicos se produce Transferencia de Calor entre los
fluidos del Pozo y la Tierra.
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Conducción: El Calor viaja por Calentamiento a través de la barra
desde la punta mas caliente hasta la mas fría
Radiación: El Calor viaja a través del espacio en forma de ondas de
Energía (Radiación Infrarroja)
Convección: El Calor de la cocina es transferido a la Circulación
del Líquido
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Es la transferencia de calor de una parte de un cuerpo a alta
temperatura, a otra parte del mismo cuerpo a menor temperatura. Si
las temperaturas de los cuerpos no cambian con tiempo, el proceso
ocurre bajo condiciones de flujo continuo, primera Ley de
Fourier.
Mecanismos de Transferencia de Calor
Conducción
A Area a través de la cual ocurre el flujo en pies2
El signo menos indica que la transferencia de calor es en la
dirección de menor T
Tasa de flujo de calor por conducción en BTU/ hr
Gradiente de temperatura en ºF/ pie
kh Conductividad térmica del material en BTU/ hr-pie-ºF
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Mecanismos de Transferencia de Calor
Es el proceso por el cual el calor es transferido por ondas
electromagnéticas, viene dada por la Ecuación de Boltzmann.
Radiación
A es el área a través de la cual ocurre el flujo de calor en
pies2
σ es la constante de Stefan-Boltzmann = 0,1713 x 10-8
BTU/hr-pie2-ºR
T1 es la temperatura absoluta del cuerpo a mayor temperatura en
ºR
T2 es la temperatura absoluta del cuerpo a menor temperatura en
ºR
Es la emisividad de la superficie, la cual es una medida de la
habilidad de una superficie de absorber radiación, depende de la
naturaleza de la superficie.
Es la tasa de flujo de calor por radiación en BTU/ hr
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Mecanismos de Transferencia de Calor
Convección
Es la transferencia de calor desde una superficie hacia un fluido
en movimiento en contacto con ella o de un fluido en movimiento a
mayor temperatura hacia otra parte del mismo fluido a menor
temperatura.
Si el fluido se mueve por diferencia de densidades debido a
diferencias de temperaturas, se dice que hay convección
libre.
hC coeficiente de transferencia de calor por convección en BTU/
hr-pie2-ºF
Tr y Ts temperaturas del fluido y de la superficie en ºF
tasa de flujo de calor por convección en BTU/hr
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Los Mecanismos Básicos de Transferencia de Calor son :
Conducción de calor a través de las paredes de la tubería
Radiación de la superficie a la atmósfera
Conducción de calor de la superficie exterior de la tubería a
través de la película de aire que la rodea
Convección por el movimiento del aire en forma natural
(diferencia de temperatura), forzada (viento) o ambas.
Pérdidas de Calor en Superficie
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Pérdidas de Calor en las Tuberías de Superficie
La Tasa de Pérdidas de Calor en la Superficie es proporcional a la
diferencia de Temperatura entre el Fluido Caliente y el Aire,
condiciones atmosféricas ( Viento, Velocidad, etc), Diámetro y
Longitud de las Líneas de Superficie, el Tipo y el Espesor del
Aislante que rodea las líneas.
A mayor Tasa de Vapor a través de la tubería menor será el
Porcentaje de las Perdidas de Calor.
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Pérdidas de Calor en las Tuberías de Superficie
La Ecuación Básica para calcular las Pérdidas de Calor por unidad
de longitud, Qls es la siguiente:
Qls tasa de pérdida de calor por unidad de longitud, en BTU/
pie-día
Tb temperatura promedio del fluido en la tubería, en ºF
TA temperatura ambiental en ºF
Ut coeficiente total de transferencia de calor y r es un radio
arbitrario
Rh es la resistencia térmica específica en BTU/ pie-día-ºF
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Pérdidas de Calor en las Tuberías de Superficie
Tubería Aislada con
Radiación a través de la tubería y a través
de la suciedad
Radiación entre la tubería y el aislante
Conducción a través del aislante
Radiación a través del aislante
1
2
3
4
5
Conductividad Térmica de algunos metales
Conductividad Térmica de algunos Materiales Aislantes
METAL
Calidad del Vapor en el Cabezal
Cantidad de calor a la Cantidad de calor Pérdidas de calor en
Salida del generador = en el cabezal de pozo + líneas de
superficie
Conocida la calidad del vapor a la salida del generador (fst,gen),
la tasa de pérdidas de calor por unidad de longitud (q), la tasa de
flujo de vapor (w), y la longitud de la tubería (L), se puede
determinar la calidad del vapor en el cabezal del pozo,
(fst,wh)
De donde:
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Caída de Presión en las Tuberías de Superficie
La caída de presión en una tubería de superficie a través de la
cual fluye vapor puede determinarse aproximadamente por la
siguiente ecuación:
Donde
W tasa de vapor transportada, en lbs/ hora
Vs volumen específico del vapor a la presión Ps, en pie3/ lb
L longitud total de la tubería, en pies
di diámetro interno de la tubería, en pies
F factor de fricción, dado por la correlación de Moody.
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Mecanismos de Transferencia de Calor en el Pozo
Los Mecanismos de Pérdida de Calor y su Cuantificación dependen del
Fluido existente en el Anular
Si la tubería de inyección no está aislada, la temperatura en la
parte exterior será aproximadamente igual a la temperatura del
vapor (Ts)
La Transferencia de Calor hacia el revestidor ocurre por
conducción, Convección y Radiación, bajo la suposición que el
anular esté lleno de gas
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
El Calor es transferido por el vapor dentro la Tubería de Inyección
a la Tierra de la siguiente forma:
Conducción a través de la pared de la Tubería de Inyección
Radiación, Convección y Conducción de la Pared Exterior de la
Tubería de inyección a la pared Interior del Revestidor
Conducción Radial a través de la pared del Revestidor y el
Cemento
hacia la Formación
Pérdidas de Calor en el Pozo
La Empacadura colocada en el Tope de la Formación previene la
entrada de Vapor al Espacio Anular
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Consideraciones:
El vapor se inyecta a P, T, Q y calidad constantes.
Los cambios de ECinética y EPotencial dentro de la Tubería de
Inyección, así como las Pérdidas por Fricción son despreciables. La
Temperatura de la Tubería de Inyección permanece constante a través
de toda su longitud y será igual a la Temperatura del Vapor en la
Superficie.
El Gradiente Geotérmico puede despreciarse y la Temperatura de la
tierra puede considerarse igual al Promedio Aritmético.
Las Conductividades y Difusividades Térmicas de la Tierra en la
Región que rodea al pozo se consideran Constantes.
Pérdidas de Calor en el Pozo
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Pérdidas de Calor en el Pozo
Qlp tasa de pérdida de calor por unidad de longitud, en BTU/
pie-día
Ts temperatura del fluido inyectado, en ºF
Tt temperatura del yacimiento, en ºF
Rh resistencia térmica específica, en BTU/ pie-día-ºF
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Pérdidas de Calor en la Tubería del Pozo
rcem
ric
roc
rit
rot
rins
ANULAR
VAPOR
Ts
CEMENTO
AISLANTE
TUBERIA
INYECCION
YACIMIENTO
Tt
REVESTIDOR
Flujo Total
Revestimiento Aislante
Espacio Anular
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Resistencia de calor en la Película laminar
Resistencia de calor debida a la suciedad
Conducción a través de la tubería de inyección
Resistencia entre la tubería y el aislante
Conducción entre la tubería y el aislante
Radiación y Convección a través del anular
Conducción a través de la pared del revestidor
Conducción a través del cemento
Conducción a través de la zona alterada
Conducción hacia la Formación
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Pérdidas de Calor en el Pozo
Distribución de la Temperatura en un Pozo Inyector
donde
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Calentamiento de la Formación
Tasa de Inyección de Tasa de utilización de Tasa de Pérdidas
de
Calor al tiempo “t” = Calor al tiempo “t” + Calor al tiempo
“t”
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Mecanismos de Transferencia de Calor hacia la Formación
Pérdidas de Calor hacia las Formaciones adyacentes
La Transferencia de Calor hacia las formaciones adyacentes es por
Conducción y no existe Flujo de Fluidos
Zona de Vapor
Propiedades Térmicas de Rocas y Fluidos
Correlación para Crudos Pesados en función de la API y T
Viscosidad del Petróleo a Condiciones de Yacimiento
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
PROBLEMA:
Se inyecta vapor a 600º F por una tubería de inyección de 3 ½” con
una empacadura asentada en un revestidor de 9 ” de 53.9 lbm/pie,
N-80. El espacio anular contiene un gas inmóvil que muestra 0
presión manométrica en el cabezal del pozo y el revestidor esta
cementado hasta la superficie en un hoyo de 12” de diámetro. La
tubería de inyección esta aislada con un revestimiento de silicato
de calcio de 1” de espesor, que a la vez es mantenido en sitio y
sellado mediante una cobertura delgada de aluminio para evitar el
influjo de líquidos en el espacio anular. El registro de
temperatura del pozo indica una temperatura de fondo de 100º F a lo
largo de los 1000 pies de profundidad.
Cálculo de las Pérdidas de Calor en un Pozo Inyector
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Determinar:
La tasa de pérdida de calor a los 21 días de iniciada la inyección
de vapor así como la temperatura del revestidor.
Consideraciones:
No existe zona alterada cerca del hoyo.
Resistencia térmica a través de los depósitos de escamas y metales
son despreciables
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
ro = 1,75” = 0.1458 pies
rins = 2.75” = 0.2292 pies
rci = 4,27” = 0.3556 pies
Rco = 4,81” = 0.4010 pies
rw = 6” = 0.500 pies
α = 0,96 pie2/ D
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
SOLUCION
Donde:
NRO 1
Suponiendo que la suma de todas las resistencias térmicas es el
doble
de la del Revestimiento Aislante
Rh = 0,150 (BTU / pie-d-ºF) -1
NRO 2
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Como esta cifra es menor de 100 se utiliza la tabla 10.1 donde f
(tD)
Se toma para R’h = Rh de manera que
Para un tD = 80,6 y la expresión anterior, se obtiene interpolando
que
f (80,6) = 2,6
NRO 3
Luego Tci = 167º F
NRO 4
Se calcula Tins
No existen pérdidas de calor a través de la tubería ni de las
películas
Luego Tins = 350º F
NRO 5
Se calcula hic, an. Se determina previamente la temperatura
promedio en el espacio anular para estimar las propiedades del
aire.
Para el aire en el espacio anular se tiene De la tabla de
Propiedades de Hidrocarburos y Compuestos selectos se obtiene
:
La densidad del aire a 60º F y 1 atm es de 0,07630 lbm/ pie3 luego
a 258º F
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
De la Figura B-41 (Viscosidad de gases puros de hidrocarburos a 1
atm)
Con el valor de temperatura promedio del espacio anular (Tan) de
258ºF cortando en la línea correspondiente al aire se obtiene la
Viscosidad del aire
μa = 0,023 cps
Y la conductividad del aire de la Fig. B-72 (Conductividad Térmica
de los gases a 1 atm)
Entrando con 258º F y la linea correspondiente al aire se obtiene
la conductividad
λa = 0,45 BTU/ pie-d-ºF
Considerando el aire como un gas ideal
La conductividad térmica del aire en el espacio anular esta dada
por:
NGr = 2,08 x 105
La Conductividad térmica aparente del aire en el espacio
anular
Para los gases calientes
La función de la temperatura de radiación se obtiene como:
Donde F(Tins, Tci)
Donde F(Tins, Tci)
El coeficiente de transferencia de calor por Convección y
radiación
forzada de un gas en el espacio anular es htfc,an, el cual se
calcula por:
htc,an = 64,5 BTU/ pie3-d-ºF
NRO 6
Rh = 0,110 BTU/ pie-d-ºF
Este valor difiere del valor calculado en el paso 1, por lo cual
deben
repetirse los cálculos desde el paso 2, con el valor obtenido en
el
Paso 6, utilizando estos valores para determinar un nuevo valor
de
F(tD).
RESUMEN DE RESULTADOS
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Las iteraciones se repiten hasta que dos iteraciones consecutivas
dieron el mismo valor para la resistencia térmica Rh. Luego la tasa
de pérdida de calor en el pozo a los 21 días es:
A un contenido de energía equivalente de 6,0 x 106 BTU/Bl de
combustible, la tasa diaria de pérdida de calor de este pozo con
tubería aislada corresponde a menos de 1 barril de
combustible
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YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Mecanismos de Recuperación de Crudo
Recuperación Convencional
Recuperación Primaria
Flujo Natural
Termino General que describe procesos diferentes a la Recuperacion
Primaria.
La Inyeccion de Agua y de Gas son los Procesos mas comunes y
conocidos.
La Inyeccion Ciclica o Alternada de Vapor es el Metodo
mas usado en pozos que producen Petroleo de baja
Gravedad API (alta viscosidad )
“Referencia SPE 12069”
Método
Hidrocarburo
Miscible
0.1
1.0
10
100
1000
10000
100000
1000000
Bueno
Rangos para la Aplicación de RM
No es critica si es uniforme
Método
0.1
10
100
1000
10000
Posible
Posible
Método
“Referencia SPE 12069”
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Producción Estimada Anual de Crudo por Recuperación Mejorada
* Campo en Indonesia ** Campos en Algeria y Libia
Tomado de Oil & Gas Journal Abril 1990
País
Térmicos
Geología y Heterogeneidades del Yacimiento
Barreras lutíticas
Presión del Yacimiento
Saturación de Crudo
Criterios para Procesos de Recuperación Mejorada
N.C. = No Crítico * Transmisibilidad >20 md p/cp **
Transmisibilidad >100 md p/cp Fuente: Thakur Ganesh SPE
12069)
Hidrocarburos
° API
VISCOSIDAD
(CP)
COMPOSICIÓN
So
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Según el Origen o Fuente Generadora del Calor en relación con el
yacimiento se tienen Dos (2) Tipos de Procesos:
Externos: Implican la Inyección de calor al yacimiento
mediante un fluido transportador
yacimiento
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Según la función que cumplen se tienen dos (2) Tipos:
Desplazamientos Térmicos: El fluido se inyecta continuamente en un
Número de Pozos Inyectores para desplazar el Petróleo y obtener
producción de otros pozos. La presión requerida para mantener la
inyección del fluido produce un aumento de las fuerzas impelentes
en el yacimiento, aumentando así el flujo de crudo.
Tratamientos de Estimulación: Se calienta la parte del yacimiento
cercana a los productores o en el mismo y las fuerzas impelentes en
el yacimiento (gravedad, gas en solución, empuje por agua) afectan
las tasas una vez que se reduce la resistencia al flujo.
Clasificación de los Procesos Térmicos
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Clasificación de los Procesos Térmicos
Según el Sitio de Aplicación del proceso:
Aplicables a la formación
Fuente Externa de Calor
de vapor
Explosiones Nucleares
Fuente Externa de Calor
Inyección de aceite caliente
Inyección de gases calientes
Fuente Interna de Calor
Clasificación de los Procesos Térmicos
Aplicables en el hoyo del pozo
Vapor para remover sólidos orgánicos o de otro tipo de orificios en
el revestidor, el forro ranurado
Acidificación
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YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Técnicas de Explotación de Crudos Pesados
Producción en Frío
Inyección Alterna de Vapor en Pozos Horizontales
SAGD
Producción en Frío
Comprende la Producción de los Pozos de Crudos Pesados, con
completaciones en Pozos Convencionales para Control de Arena, con
Métodos de Levantamiento Artificial por Bombeo (BM, BCP, BES) y el
Uso de Diluentes, ya sea en Fondo o en Superficie.
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Producción en Frío
Completacion de Pozos Horizontales, bajo el mismo Esquema de los
Pozos Convencionales.
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Inyección de Agua Caliente
Proceso de desplazamiento en el cual petróleo se desplaza
inmisciblemente por agua caliente.
El agua es filtrada y tratada para controlar la corrosión y la
formación de escamas, así como para minimizar el hinchamiento de
las arcillas en el yacimiento.
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Mecanismos de Desplazamiento :
Mejoramiento de la movilidad del petróleo al reducir su
viscosidad
Reducción del petróleo residual por altas temperaturas
Expansión térmica del petróleo
Inyección de Agua Caliente
Mecanismos de Empuje por Vapor
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Propiedades de Yacimientos sometidos a Inyección de Vapor
Para evaluar de manera preliminar las Características de un
Yacimiento candidato a ser sometido a la Inyección de Vapor, se
recomienda comparar sus propiedades básicas con las reportadas en
proyectos a nivel internacional..
Datos obtenidos de 187 proyectos de inyección de vapor
principalmente en yacimientos de crudos P/XP a nivel
internacional.
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Propiedades de Yacimientos sometidos a Inyección de Vapor
Se destaca una mayor aplicación de estos métodos de recobro en
yacimientos de crudos P/XP, sin descartarse los potenciales
beneficios de implementar la inyección de vapor en yacimientos de
crudos L/M.
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Inyección Continua de Vapor
Puede ser usado cuando la viscosidad es muy alta.
Se inyecta vapor continuamente en el pozo inyector, lo cual genera
en la formación una zona de vapor que avanza a una tasa siempre
decreciente.
Es un método de empuje en arreglos con pozos de inyección y
producción.
Frente del Agua
Inyección Continua de Vapor
El comportamiento va a depender del tamaño del arreglo.
Si la viscosidad es muy puede ser necesario Precalentar el pozo con
IAV o combustion antes de iniciar la inyeccion.
Un Valor grande de Calor Latente tiende a incrementar la eficiencia
termica del Proy ecto.
Frente del Agua
Inyección Continua de Vapor
.
El contenido de calor Latente disminuye con el incremento de
presion, alcanzando cero en punto critico, de esta manera los
proyectos a baja presion tienden a comportarse mejor que proyectos
de alta Presion
El Incremento en la calidad del Vapor incrementara la tasa a la
cual el yacimiento es calentado, pero incrementara la tendencia a
la canalizacion del vapor.
Frente del Agua
Inyección Continua de Vapor
Adecuado suministro de aagua de alta calidad es requerido.
La cantidad Requerida Es usualmente cercana a 5 Barriles por barril
de petroleo producido con Vapor.
No se recomienda es te proceso es yacimientos con arcillas
sensibles al agua fresca, debido a la condensacion del vapor.
Frente del Agua
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Esquema de los Mecanismos de Empuje que ocurren durante un Proceso
ICV en un Arreglo Típico de 5 pozos invertidos.
Inyección Continua de Vapor
Tomado de ENHANCED OIL RECOVERY-NATIONAL PETROLEUM COUNCIL/
Inyección Continua de Vapor
(Burger 1985)
Esquema de los Mecanismos de Producción de la Inyección de Vapor en
función de la Viscosidad del Crudo.
Mecanismos de la ICV
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Cambios en la Gravedad Específica con la Temperatura para Crudos de
diferentes Gravedades API
Inyección Continua de Vapor
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Puede ser empleado tanto en Yacimientos de Crudos P/XP como en
Yacimientos de Crudos L/M.
Resultan mas Complejos y requieren mayores inversiones que
IAV.
Generalmente, antes de iniciar un Proyecto de ICV, se ha utilizado
previamente IAV.
Desde 1960 hasta la Fecha se han reportado aproximadamente 40
Pruebas de ICV en Crudos de Gravedades entre 19 y 47 °API,
reportándose aproximadamente un 75% de Proyectos Exitosos.
Actualmente Caltex (Chevron) y Marathon Oil (Chevron) operan dos
proyectos de ICV en los campos Minas (36 °API) y Yates (32 °API),
respectivamente.
Inyección Continua de Vapor
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Criterios a considerar al momento de la implementación de un
Proceso de Inyección Continua de Vapor
Características del Crudo
Permeabilidad > 200 md
Las propiedades del agua de formación no son críticas.
El agua para la generación del vapor debe ser suave,
ligeramente
alcalina, libre de oxígeno, sólidos, petróleo, H2S y de hierro
disuelto.
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Factores favorables a la aplicación del proceso ICV
Altos espesores de arena neta
Bajo costos de los combustibles
Disponibilidad de los pozos que puedan ser utilizados
Alta calidad del agua
Alta densidad de pozos
Fuerte empuje de agua
Capa grande de gas
Inyección Alternada de Vapor
Consiste en inyectar un volumen preestablecido de vapor por un
período de tiempo determinado por la Cantidad y Capacidad diaria
del Equipo de Inyección.
Consta de Tres Fases: Inyección, Remojo y Producción
Al finalizar la Inyección se cierra el pozo por unos días, Período
de Remojo, con el propósito de permitir que el vapor caliente la
formación productora y se disperse uniformemente alrededor del
pozo.
Posteriormente se abre el pozo a producción hasta que la tasa deje
de ser económicamente rentable (Ciclo).
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Tomado de ENHANCED OIL RECOVERY-NATIONAL PETROLEUM COUNCIL/
Inyección Alternada de Vapor
Mecanismos
Diferencia de Compresibilidad entre las Fases y Vaporización
instantánea del Agua.
Flujo de Crudo Caliente por Gravedad en Formaciones de Altos
Espesores y ausencia de Barreras Horizontales
Empuje de Crudo por Expansión de Fluidos y Compactación de
Formación .
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Se emplea en Yacimientos de Petróleo Pesado cuyas Viscosidades son
un Factor limitante para alcanzar Tasas de Producción natural a
niveles comerciales.
Para su Implementación requiere de Bajas Inversiones, con rápidas
Tasas de Retorno.
Un pozo puede ser sometido a varios Ciclos, hasta que las Tasas de
Producción de Crudo alcancen los Límites Económicos de
Producción.
Inyección Alternada de Vapor
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Criterios de diseño a considerar para la implementación de la
Inyección Alterna de Vapor
Características del Crudo
Viscosidad > 400 cps
Gravedad < 16º API
Características del Yacimiento
Espesor > 50 pies
Profundidad < 3000 pies
Transmisibilidad > 100 md-pies/ cp
Las propiedades del agua de formación no son críticas.
El agua para la generación del vapor debe ser suave, ligeramente
alcalina, libre de
oxígeno, sólidos, petróleo, H2S y de hierro disuelto.
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Factores favorables del Proceso de IAV
Pozos existentes adaptables a la inyección de vapor
Disponibilidad de combustible para suplir a los generadores de
vapor
Disponibilidad de agua ligeramente alcalina, libre de H2S,
Petróleo, Fe
Presión del yacimiento adecuada en arenas más finas
Factores desfavorables al IAV
Fuerte empuje de agua
Capa grande de gas
Inyección Alternada de Vapor
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Criterios básicos de selección para la Inyección de Vapor
reportados para Yacimientos de crudos P/XP
Inyección Cíclica Inyección Continua
Profundidad (pies) < 3000 < 3000
Viscosidad crudo, 1/ (cP) < 4000 < 1000
Sat. Crudo (b/acre - pie) 1200 1200 - 1700
Presión de vapor (lpc) < 1400 < 2500
hK / < 200 30 - 3000
Inyección Alterna de Vapor con Solventes
Se crea una zona de transición que mejora la movilidad del
petróleo, reduce la viscosidad y aumenta el radio calentado.
Pruebas realizadas en laboratorio y en campo ( Costa Bolívar de
Venezuela) han dado como resultado un aumento considerable del
porcentaje de recobro de petróleo; aumentando además, la producción
en superficie de los fluidos utilizados en la inyección.
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Inyección Alterna de Vapor con Espumantes
Bloquea y/o controla la movilidad del vapor en casos donde se
presente una baja eficiencia de barrido como consecuencia de la
segregación gravitacional y la canalización del vapor.
Permite la disminución de las pérdidas térmicas hacia las capas
supradyacentes y una mejor distribución y aprovechamiento del calor
inyectado.
Estudios en campo y laboratorio han tratados los agentes espumantes
como aditivos tensoactivos donde el principal parámetro a evaluar
será su resistencia a la degradación térmica.
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Inyección Alternada de Vapor en Pozos Horizontales
Esta técnica permite aumentar el área de contacto entre el pozo y
la formación, lo que se traduce en un incremento de la
productividad del pozo con respecto a un pozo vertical, con la
inyección alternada de vapor se logra reducir la viscosidad y
remover el daño o taponamiento alrededor del pozo.
La perforación horizontal es una derivación directa de la
perforación direccional. Mediante esta técnica se puede perforar un
pozo direccionalmente hasta lograr un rango entre 80 y 90 de
desviación a la profundidad y dirección del objetivo propuesto
(punto de entrada) alcanzar a partir del cual se iniciará la
sección horizontal.
La perforación horizontal es una derivación directa de la
perforación direccional. Mediante esta técnica se puede perforar un
pozo direccionalmente hasta lograr un rango entre 80 y 90 de
desviación a la profundidad y dirección del objetivo propuesto
(punto de entrada) alcanzar a partir del cual se iniciará la
sección horizontal.
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Características del SAGD
Inyección Alterna de Vapor en Pozos Horizontales
Tiempo (años)
Vapor Acumulado (%)
SAGD - Esquemas de Implantación
El vapor condensa en la interfase.
El petróleo y el condensado drenan hacia el pozo productor.
El flujo es causado por la fuerza de gravedad.
La cámara se expande vertical y lateralmente.
Mecanismos
SAGD
Crecimiento Vertical
1ra. etapa:
2da. etapa:
ETAPAS DEL “SAGD”
Tercera etapa: Declinación
kv/kh = 1
kv/kh = 0.5
kv/kh = 0.1
kv/kh = 0.2
25
Petróleo vivo
Petróleo muerto
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Aproximadamente 30 proyectos de SAGD son localizados en
Canadá.
Diferentes orientaciones de los pozos, tipos de yacimientos,
propiedades de los fluidos y estrategias de operación.
Profundidad de la formación entre 135 a 805 metros.
Crudo Pesado y Bitumen con gravedades API entre 20 y 8
Espesor neto entre 12 a 50 m.
Sección horizontal entre 250 y 1000 m.
Aplicación de SAGD
Criterios de Selección de la técnica SAGD
Espesor de arena neta petrolífera > 50 pies
Relación Kv/Kh > 0,8
Gravedad API < 15º
Permeabilidad > 2 Darcy
Sor (acum) = 1.6
Sor (acum) = 1.9
SOR (cum) = 1.9
Viscosity Ratio, Oil:water
Sheet2
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
&A
Efecto del Espesor de la Arena
Recobro, %POES
Después 5 años
Después 10 años
SOR (cum) = 2.4
SOR (cum) = 1.6
SOR (cum) = 2.8
SOR (cum) = 1.9
Facilidades de Superficie
vapor y los fluidos
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Adición de Solvente al Vapor
Ajuste de la temperatura de evaporación del solvente y del vapor a
presión.
Condiciones de reflujo en la Zona de transición
Expansión rápida de la cámara de vapor.
SAGD con Solvente
Mecanismo para mejorar la tasa de petróleo y la relación
vapor-petróleo producido
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Vapor
SAGD con Solvente
(Concepto de re-flujo)
SAGD con Solvente
(Expansión del Solvente)
Tasa de Petróleo Drenado (galones/hr)
Chart1
8.2527272727
8.4581818182
8.5927272727
10.7981818182
12.5636363636
15.7563636364
14.4545454545
15.8945454545
steam-methane
steam-ethane
steam-propane
steam-pentane
steam
steam-hexane
steam-octane
steam-diluent
59
116
165
203
275
Chart3
7.4
5.9
5.9
4.4
12
13.5
C3
C5
C1
steam
C6
C8
C2
diluent
Oil Drainage Rates (g/hr)
Chart7
10.7981818182
12.5636363636
15.7563636364
14.4545454545
15.8945454545
Steam-Propane
Steam-Pentane
Steam-Hexane
Steam-Octane
Steam-Diluent
Calentamiento Electromagnético
El calor es transferido al pozo, principalmente por conducción. La
producción de fluidos calientes del yacimiento provoca una
reducción de la tasa neta a la cual el calor es transferido desde
el pozo al interior del yacimiento.
Mecanismos actuantes en este Proceso son:
Reducción de la viscosidad del crudo
Redisolución (prevención de la precipitación) de asfáltenos y otros
sólidos orgánicos en el crudo.
Es uno de los métodos más antiguos para aumentar la producción de
petróleo por métodos térmicos. En un principio se utilizaron
calentadores eléctricos y los quemadores de gas, ambos usados para
incrementar la producción en yacimientos con crudos viscosos o
parafínicos.
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Calentamiento Electromagnético
Ventajas:
Reduce las pérdidas de calor, cuando los tiempos de calentamiento
por inyección de fluidos, son demasiados largos.
Desventajas:
La energía eléctrica es costosa comparada con las fuentes de
calentamiento convencionales.
La vida activa del equipo disponible es inadecuada para operaciones
libres de fallas.
Controlador
Diagnóstico
Combustión en Sitio
Consiste en inyectar Aire al Yacimiento para quemar parte del
petróleo, generando calor para producir el resto del
petróleo.
Existen tres tipos de procesos de combustión :
Combustión convencional: la zona de combustión avanza en la misma
dirección del flujo de fluidos.
Combustión en reverso: la zona de combustión se mueve en dirección
opuesta a la del flujo de fluidos.
Combustión húmeda: se inyecta agua en forma alternada con el aire,
creándose vapor que contribuye a una mejor utilización del calor y
reduce los requerimientos de aire.
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Inyección de Aire (Combustión “in situ”)
Tomado de ENHANCED OIL RECOVERY-NATIONAL PETROLEUM COUNCIL/
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Combustión in Situ - Convencional
También se denomina combustión seca debido a que no existe una
inyección de agua con el aire.
La combustión es hacia delante, pues la ignición ocurre cerca del
pozo inyector y el frente de combustión se mueve desde el pozo
inyector hasta el pozo productor.
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Una vez que ocurre la ruptura en el pozo productor, las
temperaturas en el pozo aumentan excesivamente y la operación se
vuelve cada vez más difícil y costosa.
La viscosidad del petróleo se reduce notablemente, de tal forma que
la tasa de producción de petróleo alcanza su máximo.
Este proceso finaliza cuando se detiene la inyección de aire, bien
sea porque la zona quemada se haya extinguido o porque el frente de
combustión alcance los pozos productores.
Combustión in Situ - Convencional
Ventajas:
La parte quemada del crudo en forma de coque es menor, dejando la
arena limpia detrás del frente de combustión.
Desventajas:
El petróleo producido debe pasar a través de una región fría y si
este es altamente viscoso, ocurre un bloqueo de los líquidos.
El calor almacenado fuera de la zona quemada no es utilizado
eficientemente.
El enfriamiento de los productores puede ser necesario.
La corrosión, es un problema inherente que puede volverse cada vez
más severo.
En el caso de utilizar oxígeno enriquecido, la ruptura prematura de
este también es un problema.
Combustión in Situ - Convencional
Combustión in Situ – en Reverso
Existe un pozo inyector de aire y un pozo productor; la formación
se enciende en los productores.
Los fluidos producidos deben fluir a través de las zonas de altas
temperaturas hacia los productores, dando como resultado al
mejoramiento del petróleo producido por la reducción de la
viscosidad por un factor de 10000 ó más
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Combustión in Situ – en Reverso
Desventajas
Una fracción del petróleo se quema como combustible mientras que la
fracción no deseable permanece en la región detrás del frente de
combustión.
Se requiere el doble de la cantidad de aire que el proceso
convencional.
Existe fuerte tendencia a la combustión espontánea.
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Combustión in Situ – Húmeda
Combina la combustión convencional más inyección de agua,
constituye una solución para eliminar el uso ineficiente del calor
almacenado detrás del frente de combustión.
Al reducir la viscosidad del crudo frío se extiende la zona del
vapor o zona caliente a una distancia mayor delante del frente de
combustión, lo que permite que el petróleo se mueva y se opere a
menos presión y con menos combustible.
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Combustión in Situ – Húmeda
La velocidad con que se mueve la zona de combustión depende de la
cantidad del petróleo quemado y de la tasa de inyección de
aire.
El empuje por vapor, seguido de un fuerte empuje por gas, es el
principal mecanismo que actúa en el recobro del petróleo.
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Criterios considerados en el Proceso de Combustión In-Situ
Características del Crudo
Transmisibilidad > 20 md-pies/ cp
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Proceso de Combustión In-Situ
Permeabilidad vertical baja
Alta relación Porosidad-espesor
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
APLICACIONES INAPROPIADAS
Canales de distribución, debido a la heteregoneidad del
yacimiento
Zona de petróleo movible, control de flujo de petróleo en el fondo
del pozo y saturación de agua constante
Viscosidad del crudo (zona fria) y petróleos pesados fondo
Configuración de pozos, aumentando la comunicación y conectividad
entre los pozos
Eficiencia del proceso (calor almacenado)
Control del proceso (temperatura, velocidad de combustión) y
reacciones químicas y flujo de fluidos
Desfavorable la relación gas/petróleo
Mismo fluido en la zona quemada, zona de reacción y en la zona
movible
Complicados equipos en superficie
Producción de sustancias nocivas H2S
Beneficios al ambiente con la reducción del sulfuro y metales
pesados
Bajo recobro, perdidas económicas
Flujo de fluidos arriba y en una zona movible
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
BACK UP
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Son Mezclas de hidrocarburos y otros Compuestos Orgánicos
caracterizados por su capacidad de adherirse al material inerte sin
Riesgo a despegarse (Propiedades Ligantes).
Características:
Compuesto por hidrógeno y carbón
Son más pesados que el Agua y se solidifican a temperatura
ambiente
Bitumen
42 %
28 %
19 %
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Distribución de Petróleo Pesado y Bitumen en el Mundo
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Tabla de Propiedades del Agua
YACIMIENTOS DE CRUDOS PESADOS / EXTRAPESADOS Y SU EXPLOTACION
Propiedades Térmicas del Agua y el Vapor
676
312
75
71
49
44
19
10
Aire
de una formación fría
Aire
de una formación fría
frente
pozo productor
Aire Fluidos
El petr
frente
pozo productor
Aire Fluidos
El petr
Frente de
Frente de
Jun
1984
(
)
Oil Drainage Rates (g/hr)
Jun
1984
Bomba
caliente (50°-200°F >
ú
ú
ú
û
ù
ê
ê
ê
ë
é
9
DBTUx
l
Q
/1046,4
6
tubería 3 -1/ 2”
HOYO DE 17 -1/2”
tubería 3 -1/ 2”
HOYO DE 17 -1/2”
Vapor
Inyectado
Zona
de
Vapor
Lutita
Yacimiento
Frío
Lutita
J
PV
U
H