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INYECCIN CONTINUA DE VAPOR

JORGE PALMA BUSTAMANTE

GENERALIDADESPrincipales cambios que ocurren en un yacimiento como consecuencia de la adicin de calor:

Reduccin de viscosidad del petrleo.Cambio de la mojabilidad de la roca.Expansin trmica del petrleo.

El efecto ms dramtico sobre los fluidos del yacimiento es la reduccin de viscosidad.

Como resultado de este efecto, cambia la movilidad del petrleo requiriendo menos energa para fluir a travs del medio poroso (F. Al, 1969).

INYECCIN CONTINUA DE VAPOREl vapor inyectado reduce la viscosidad del petrleo por medio de un aumento en la temperatura del yacimiento.

Debido a que la reduccin de viscosidad produce una mayor movilidad del petrleo, la ICV es un proceso viable en yacimientos fros de crudo pesado.

A medida que el vapor fluye a travs del yacimiento desde el pozo inyector al pozo productor, se van creando varias regiones de diferentes temperaturas y saturaciones (Chu, 1977).GENERALIDADES Debido a que diferentes mecanismos de desplazamiento estn activos en cada zona, la saturacin de petrleo vara entre los pozos inyector y productor.

El mecanismo activo y la saturacin dependen principalmente de las propiedades trmicas del petrleo.

DIAGRAMA ESQUEMTICO DE UN PROCESO DE RECOBRO POR ICVPozo ProductorVaporCondensado CalienteCondensado FroFluidos de YacimientoPERFILES TPICOS DE TEMPERATURA Y SATURACIN EN ICVTSTRSorSoriZona de VaporBanco de SolventeBanco de Agua CalienteBanco de Petrleo y Condensado FroFluido de YacimientoPerfil de TemperaturaPerfil de SaturacinIPIP4002008040CONTRIBUCIN DE LOS MECANISMOSDE RECOBRO EN ICVInyeccin de Agua a TRReduccin de ViscosidadExpansin TrmicaDestilacinEmpuje por Gas en SolucinEmpuje Miscible y por Emulsin100200300400020406080100T (F)Recobro de petrleo, %OOIPCRITERIOS DE SELECCINPARMETROIDEALACEPTABLEPROPIEDADES DE ROCA Y FLUIDOTipo de RocaAreniscaCalizaEspesor Neto30 150 ft> 10 ftProfundidad400 3000 ft200 5000 ftPresin< 2000 psig< 2000 psigPermeabilidad> 300 mD> 100 mDAnisotropaNoSiCapa de GasNoPequeaAcuferoNoSiPARMETROIDEALACEPTABLEPROPIEDADES DE ROCA Y FLUIDOPorosidad> 0.30> 0.20 Soi> 0.13> 0.08Reservas Remanentes> 1000 bbl/ac-ft> 600 bbl/ac-ftArcillasNoControlablesPROPIEDADES DEL PETRLEO A RECUPERARDensidad8 25 APISin LmitesViscosidad> 5 cPSin LmitesSCREENINGMtodos de recobroSCREENINGPARMETROIDEALACEPTABLEHISTORIA DE PRODUCCIN Y ESTADO DE LOS POZOSProduccin PrimariaSiNorea de Drenaje< 10 acre< 20 acreConfiguracin de PozosConfinadaNo ConfinadaFuentes de Agua y de CombustibleDisponiblesDisponiblesEliminacin de Aguas ResidualesDisponiblesDisponiblesCOMPARACIN DE CRITERIOS DE ICV FRENTE A OTROS MTODOS EOR0Muy BuenoProf. Sufic. para Presin RequeridaLimitado por Temperatura200040006000800010000Profundidad [ft]HC -MiscibleNitrgeno y Flue GasInyeccin de CO2 Surfactante/PolmeroPolmeroAlcalinoCombustin In - SituICVMtodo EORMuy BuenoProf. Sufic. para Presin RequeridaProf. Sufic. para Presin RequeridaLimitado por TemperaturaZona PreferidaAlto CostoProf. Sufic. para Presin RequeridaRango Normal (Posible)0.1BuenoMuy Bueno BuenoDifcilDifcilBueno RegularNo ViableBueno RegularNo ViableBuenoNo ViableDifcil1.0101001,00010,000Viscosidad de Petrleo - cp a Condiciones de YacimientoHC - MiscN2, Flue GasCO 2Surfact/PolmPolmeroAlcalinoCombustin ISICVMtodo EOR100,0001,000,000Muy DifcilDifcilBueno RegularNo ViableDifcilPuede no ser PosibleBuenoNo Econmicamente ViableMuy Bueno BuenoCOMPARACIN DE CRITERIOS DE ICV FRENTE A OTROS MTODOS EOR0.1No es Crtico si es UniformeZona PreferidaZona PreferidaZona PreferidaZona Preferida1.0101001,00010,000Permeabilidad (md)HC - MiscibleN2 y Flue GasInyeccin de CO2Surfact./Polm.PolmeroAlcalinoCombustin In-SituICVMtodo EORPosibleZona PreferidaNo es Crtico si es UniformeSuficiente para Buenas Tasas de InyeccinCOMPARACIN DE CRITERIOS DE ICV FRENTE A OTROS MTODOS EORCRITERIOS APLICACINPARMETRO DEL YACIMIENTOGeffen1973Lewin1976NPC 1976Iyoho1978Farouq Ali 1979NPC 1984Chu1985Farouq Ali 2006Porosidad[Fraccin]NRNRNR>0.300.300.20>0.20>0.3Saturacin de aceite [Fraccin]NR>0.50NR>0.50NRNR>0.40NRSo [Fraccin]>0.10>0.065>0.065>0.0650.15 a 0.220.10>0.08NRVolumen de aceite [Bl/acre pie]NRNRNRNRNRNRNR1200-1700Gravedad API>10>102510 a 2012 a 1510-3420>20>2030 a 40030>20>1030Profundidad [Pies]100>50NR5NR30-3000Presin del yacimiento [Psia]NRNRNRNRNR1500NRNRTipo de rocaNRNRNRNRNRArenisca CarbonatoNRNRCRITERIOS DE SELECCINPARMETRO DEL YACIMIENTONPC 2007EstatusComercialFormaciones someras 3280 piesNo, requiere de vapor a altas temperaturas y presiones y hay muchas prdidas de calor a travs del pozo inyector.rticoPosible pero debe manejarse las capas de hielo superficialesCosta afueraNo. Demasiadas prdidas de calor hacia el riser y el agua del ocanoCarbonatosNoArenas delgadas ( 0.13Asegurar que existe la cantidad de aceite suficiente para justificar el proyecto.Porosidad RentabilidadCalor inyectado es aprovechado para calentar matriz en lugar del fluido a recuperar.EFECTO DE LOS CRITERIOS DE SELECCIN PARA ICVAPI del Crudo a RecuperarYacimientos que producen crudo de 40+ API estn asociados a profundidades de 5000+ ft, imprctico para ICV.Permeabilidadk qinyeccin tinyeccinqinyeccin Prd. CalorPrd. Calor Combust.EFECTO DE LOS CRITERIOS DE SELECCIN PARA ICVEspaciamiento entre PozosAbastecimiento de AguaAgua propiamente tratada para alimentar generadores de vapor.rea de patrn para ICV debe ser menor de 10 acres.Espaciamiento Eficiencia de barrido areal y vertical.EFECTO DE LOS CRITERIOS DE SELECCIN PARA ICVMECANISMOS DE RECOBRO POR ICV. REDUCCIN DE VISCOSIDADEl cambio en la viscosidad del crudo con la temperatura es usualmente reversible. Esta reversibilidad ayuda a formar un banco de petrleo.

A medida que el vapor se mueve en el yacimiento, la temperatura aumenta delante del frente, disminuyendo la viscosidad del crudo. ToMEficiencia Barrido

REDUCCIN DE VISCOSIDADEl petrleo se desplaza fcilmente de una regin de alta temperatura a otra de baja, donde aumenta su viscosidad nuevamente, retardando el flujo y acumulndose una gran cantidad de crudo (banco de petrleo).

Este banco de petrleo (especialmente en crudos pesados), es responsable de las altas tasas de produccin de crudo y bajos WOR (Brown & Wu, 1975).

DESTILACINLa destilacin es el mecanismo dominante de recobro de crudos livianos.

La destilacin por vapor causa un fraccionamiento del bache de petrleo, lo cual redistribuye parcialmente el petrleo de una garganta muerta a una garganta conectada, de tal forma que aumenta la posibilidad de desplazarse hacia los pozos productores (Brown & Wu, 1975).

Debido a que el vapor destila preferencialmente la fraccin liviana primero, el petrleo producido inmediatamente antes del tiempo de ruptura ser ms liviano que el petrleo producido despus de la ruptura.

Aproximadamente un 65% del volumen remanente de un yacimiento de crudo liviano puede recuperarse en laboratorio por destilacin de vapor. En campo, esta contribucin es menor (Brown & Wu, 1975).

EFECTO DEL FRACCIONAMIENTO DEL BACHE DE PETRLEO EN ICVPETRLEOPORO CONECTADOGARGANTA MUERTACONDICIN INICIALPETRLEOAGUAINYECCIN DE AGUAPETRLEOVAPORINYECCIN DE VAPOR

EMPUJE MISCIBLE (FASE PETRLEO)Una gran parte de la fraccin de crudo liviano destilado por el vapor es transportada a travs de la regin de inyeccin de vapor a una regin menos caliente.

En esta regin menos caliente, el petrleo liviano y el vapor se condensan, constituyndose esto en un mecanismo importante de recuperacin de petrleo en la regin de agua caliente (Brown & Wu, 1975).

EMPUJE MISCIBLECuando el vapor se condensa, el agua caliente resultante (ms viscosa que el vapor), reduce la digitacin viscosa del vapor.

El vapor condensado fluye junto al petrleo para constituirse en un mecanismo de empuje por agua caliente.

La fraccin de crudo liviano condensado se mezcla con el OIP y lo disuelve, de tal forma que reduce la densidad total de la mezcla (Brown & Wu, 1975). EMPUJE MISCIBLEA medida que el frente de vapor se desplaza hacia los pozos productores, la fraccin liviana va extrayendo y acumulando fracciones livianas adicionales del petrleo que va contactando.

Consecuentemente, el banco de crudo liviano, actuando como un solvente, se incrementa a medida que se desplaza a travs de la formacin. El resultado es un desplazamiento miscible de la fase petrleo (Willman, 1961). GENERACIN IN SITU DE SOLVENTE POR ICVZona de VaporBanco SolventeBanco Agua CalienteBanco de CrudoCondensacin y MezclaDestilacinInyeccin de VaporProduccinFrente de VaporDestilacinCondensacin y MezclaFrente de VaporInyeccin de VaporProduccin

EMPUJE MISCIBLELa dilucin y extraccin de petrleo en la regin de agua caliente presenta dos importantes efectos:

La viscosidad y la saturacin residual del crudo, disminuyen.El porcentaje de las fracciones pesadas en el petrleo residual detrs de la regin de agua caliente se disminuye.

Debido a que este petrleo residual ser eventualmente destilado por elvapor, slamente una pequea cantidad de fraccin pesada quedar despusde un proceso de ICV (Willman, 1961). 29 EXPANSIN TRMICALa expansin trmica es un mecanismo de recobro muy importante en la regin de agua caliente, logrando recuperar de 5-10% del OIP remanente.

A medida que el petrleo se expande con el incremento de temperatura, su saturacin se incrementa y se vuelve ms mvil.

La expansin trmica puede ser ms efectiva en la recuperacin de crudos livianos en lugar de crudos pesados (Willman, 1961). EMPUJE POR GAS EN SOLUCINEl mecanismo de empuje por gas en solucin se encuentra tanto en la regin de agua caliente como de agua fra, representando un proceso de conversin de calor en energa mecnica para desplazar el petrleo.

A medida que la temperatura delante del frente de vapor se incrementa, el gas disuelto se vuelve menos soluble y se libera de la fase petrleo.

Este gas liberado se expande, proporcionando un mecanismo de empuje de petrleo, incrementndose as su recuperacin (Willman, 1961). SEGREGACIN GRAVITACIONALLa segregacin gravitacional ocurre cuando la densidad del vapor se vuelve mucho menor que la densidad del agua o del petrleo.

Esta diferencia de densidades hace que el vapor ascienda hasta el tope de la arena inyectada.

El crudo calentado por el vapor se expande y se vuelve ms liviano y menos viscoso, permitiendo que el vapor avance ms rpidamente hacia la parte superior de la zona productora (Chu, 1979).COMPORTAMIENTO DEL VAPOR DURANTE LA SEGREGACIN GRAVITACIONAL VaporProduccinVaporProduccinABCABCA. Zona de VaporB. Zona de Condensado CalienteC. Zona de Fluido de YacimientoLa evaluacin de un yacimiento que va a ser sometido a ICV est basada en gran parte en los mecanismos que operan en la produccin del crudo.

A continuacin se indica a partir de qu fuentes puede obtenerse la informacin, es decir, bien sea a partir de laboratorio (LAB), calculada (CALC) o medida directamente en campo (FIELD).EVALUACIN Y DESARROLLO DE UN PROYECTO DE ICV DATOS NECESARIOS PARA EVALUAR Y DESARROLLAR UN PROYECTO DE ICVDATOSFIELDLABCALCPROPIEDADES TRMICA DE LA ROCACapacidad CalorficaXXConductividad TrmicaXXDifusividad TrmicaXXPROPIEDADES BSICA DE LA ROCAPermeabilidadXXPorosidadXXCompresibilidad de la RocaXXSaturaciones InicialesXXDensidad de GranoXXDATOS NECESARIOS PARA EVALUAR Y DESARROLLAR UN PROYECTO DE ICVDATOSFIELDLABCALCPROPIEDADES DE LOS FLUIDOSGravedad API (Densidad)XXViscosidad vs. TemperaturaXComposicinXXExpansin TrmicaXXPunto Crtico del FluidoXXEquilibrio Vapor - LquidoXXDATOS NECESARIOS PARA EVALUAR Y DESARROLLAR UN PROYECTO DE ICVDATOSFIELDLABCALCANLISIS ESPECIALESSaturacin Residual de PetrleoXPermeabilidades Relativas a Alta TemperaturaXDestilacin de VaporXModelamiento Fsico 3-DXDISEO Y PREDICCIN DEL COMPORTAMIENTO DE LA ICVPara maximizar el recobro y la efectividad de un proceso de ICV, se debe tener en cuenta que dirigir en forma ptima el calor hacia la formacin de inters es una de las variables ms crticas. Desde una perspectiva de eficiencias, deben cuantificarse las prdidas de calor en cada uno de los siguientes puntos clave (Matthews, 1983):

Generador de vapor. Lneas de flujo en superficie. Pozo. Formaciones adyacentes.TRANSFERENCIA Y PRDIDAS DE CALOR EN ICVConduccinConduccinConveccinConveccinVaporCondensado CalienteCondensado FroFluidos de Yacimiento39CONCEPTOS GENERALES PARA EL DISEO DE UN PROYECTO DE ICVEn el diseo de un piloto o en el caso de un proyecto a escala de campo, deben resolverse tres cuestiones bsicas (Matthews, 1983):

Los pozos inyectores y los pozos productores estn comunicados?

Cunto vapor puede inyectarse por da en cada pozo?

Cules sern las tasas de produccin de petrleo y de agua que resultarn de diferentes tasas de inyeccin de vapor?CONCEPTOS GENERALES PARA EL DISEO DE UN PROYECTO DE ICVHasta que la comunicacin entre los pozos inyectores y los productores pueda ser completamente establecida (pruebas de presin o caractersticas de produccin), el diseo de la ICV no debera finalizarse.

Debe identificarse la capacidad de inyectar vapor a bajas presiones por largos perodos de tiempo.

La receptividad de la formacin al vapor debe ser suficiente para calentar el yacimiento y para desplazar el petrleo, dado el caso que el proyecto sea exitoso (Matthews, 1983).PRINCIPIOS BSICOS EN EL DISEO DE UN PROYECTO DE ICVLa experiencia de campo ha identificado que la mejor eficiencia en el recobro por ICV puede lograrse acelerando la entrada de calor hacia la formacin hasta el tiempo de ruptura.

Despus del tiempo de ruptura, deben regularse las tasas de inyeccin y de produccin con el fin de maximizar la eficiencia de barrido areal.

Estos objetivos pueden alcanzarse usando el siguiente procedimiento (Matthews, 1983).PRINCIPIOS BSICOS EN EL DISEO DE UN PROYECTO DE ICVEstimular los pozos productores con vapor para reducir el diferencial de presin alrededor de los pozos y facilitar la distribucin del calor.

Inyectar vapor a altas tasas y con alta calidad al inicio del proyecto de ICV. Despus del tiempo de ruptura, reducir las tasas de inyeccin y la calidad del vapor para evitar la excesiva cantidad de calor en la formacin de inters.

Mantener los niveles de fluido en los pozos productores tan bajo como sea posible (pumped off) para reducir la contra-presin.

Convertir el proceso en inyeccin de vapor de baja calidad y finalmente a inyeccin de agua caliente o agua fra al acercarse el final de la vida del proyecto. La baja calidad del vapor puede mejorar la rentabilidad del proyecto, mientras que la inyeccin de agua puede reducir los costos por combustible.

CONFIGURACIONES DE PATRN EN ICV. El tamao del patrn, el espaciamiento entre pozos y la configuracin (forma del patrn) afectan el desempeo de la ICV, lo cual incluye tasas de inyeccin y produccin, vida del proyecto y eficiencia de recobro.

Generalmente, se aplica en ICV las mismas configuraciones de patrn que en inyeccin de agua.

Sin embargo, los tamaos del patrn son ms pequeos, puesto que la mayor parte de los proyectos de ICV se llevan a cabo en yacimientos de crudo pesado, donde la presin de desplazamiento sera muy alta en patrones muy grandes.

A medida que la distancia entre pozos inyectores y productores se incremente, la eficiencia de barrido vertical disminuir por el ascenso (cabalgamiento) del vapor.

Dado el caso en el que el rea del patrn sea muy grande, debera reducirse mediante perforacin infill.

Cinco Puntos (Regular)

Cinco Puntos (Invertido)

Nueve Puntos (Normal)

Pozo InyectorPozo ProductorCONFIGURACIONES DE PATRN EN ICV. Nueve Puntos (Invertido)

Pozo InyectorPozo ProductorSiete Puntos (Normal)

Siete Puntos (Invertido)

CONFIGURACIONES DE PATRN EN ICV.

COSTOS DE PRODUCIR ACEITE CON INYECCIN DE VAPORTABLA RESUMENCONDICIONESGANANCIASCOSTOS300 pozos@150bpd @$75 por barril de aceite. $3,375,000Generadores de vapor 20@50mmbtu/hr (24 hrs/d@$6-mmbtu)$144,000Agua 20 unidades @4750gph@$.12p/galn de tratamiento $273,600Electricidad 20 unidades@180kw@$0.075 por kilowatt$6,480Operaciones Mantenimiento seguridad$6,900Costos totales$430,980Ganancia neta por da$2,944,020 Suposiciones Tasa de recuperacin: Incremento de 50% Steam to Oil Ratio: 1.55 to 1APLICACIN STEAMFLOODCAMPO KERN RIVER

CAMPO KERN RIVER

CAMPO KERN RIVER

CAMPO KERN RIVER

CAMPO KERN RIVER

CAMPO KERN RIVERAPLICACIN STEAMFLOODCAMPO DURI

CAMPO DURI

CAMPO DURIREFERENCIASMUOZ S, Inyeccin continua de vapor.FAROUQ ALI S.M., 1969.CHU, 1977 & 1979BROWN & WU, 1975WILMAN, 1961MATTHEWS, 1983HONG, 1986STEAMFLOODING THE FUTURE, November 2010, workshop EOR, Neuqun-Argentina.