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COMBUSTION IN SITU

“Fire Flooding”

Kelly ColmenaresIngenieria de Yacimientos

COMBUSTIÓN IN SITU

Es un método de recuperación mejorada que consiste en inyectar aire al yacimiento,de tal manera que en el proceso se quema la fracción más pesada de hidrocarburos contenidos en el yacimiento y se aprovecha el calor generado para mejorar la recuperación de la fracción no quemada.

Combustión in situ

COMBUSTION TUBE EQUIPMENT

In situ Combustion pressure Shell In situ Combustion Tube

Tomada de “Memorias Tercer Congreso de produccion IAPG” Pan American Energy

COMBUSTION IN SITU


Zonas

1. Zona de agua y aire inyectado (Burned Out) 2. Zona de agua y aire vaporizado 3. Zona de combustion frontal(600o – 1200oF) 4. Zona de vapor( Approx. 400oF) 5. Zona de condensación (50o – 200oF) 6. Banco de aceite (Near Initial Temperature) 7. Gases frios de combustión

Combustion in situ

COMBUSTION IN SITU

Air Steam Combustion GasWater

Oil

Air Steam Combustion GasWater

Oil

Burned Zone Condensation ZoneOil

BankWaterBank

UnsweptZoneBurned ZoneBurned Zone Condensation ZoneCondensation Zone

OilBankOil

BankWaterBankWaterBank

UnsweptZone

UnsweptZone

Tem

pera

ture

Formation Temperature

Steam Plateau

Zona de evaporaciónZona de combustion


MECANISMOS QUE INCLUYE LA COMBUSTION

• Intercambio de masa• Intercambio de energía• Reacciones químicas• Otros procesos físicos como: arrastre del

flue gas (CO2 y N2) generado, presurización, hinchamiento.

Combustion in situ

ASPECTOS QUIMICOS DE LA COMBUSTION IN SITU

Analisis y Calor de Combustion del crudo El método de recobro por combustion in situ esta basado principalmente

en la combustion del residuo coque depositado por el crudo.Un poco de información sobre las propiedades fisicas y químicas del crudo, permite un mejor entendimiento del proceso.

Combustion in situTomada de “ Thermal Recovery Methods ”

Reacciones Quimicas

Se han reconocido dos reacciones principales: La depositacion del combustible y la combustion del mismo.

Depositación del combustible

El proceso de depositación del coke puede ser representado asi:

Aceite pesado Coke + Aceite liviano + Gas

Combustion in situ

GENERACION DE LA COMBUSTION EN EL YACIMIENTO

La Combustión in situ comprende básicamente los siguientes pasos:

Inyección de un material oxidante

Se produce la ignición Se continua inyectando aire para mantener y

propagar a traves de todo el yacimiento la combustion.

Combustión in situ

TIPOS DE COMBUSTION IN SITU

Existen tres formas básicas de Combustión in situ

CombustiónFrontal Seca o Directa

Combustión Invertida o en Reversa

Combustión HumedaCOFCAW

Combustion in situ

Combustion Frontal Seca VENTAJAS La fracción menos valiosa del crudo es

quemada en la forma de coke, dejando la arena limpia en la región tras el frente de combustion

DESVENTAJASEl crudo producido debe pasar a traves de la

region fría del yacimiento.El calor almacenado en la region quemada, no

es utilizado eficientemente,debido a que el aire inyectado no transporta el calor hacia adelante.

Combustion in situ

Distribución de temperatura y saturación para el proceso de combustion frontal

Tomada de “ Thermal Recovery Methods ”

Zona Quemada

Zona De Combustion Zona Cokizacion

Zona de agua y Petroleo

Combustion in situ

Esta zona esta saturada de aire, puede tener hasta un 2% de combustible orgánico solido no quemado, la temperatura aumenta con la distancia desde el pozo inyector

Zona 2: Zona de combustion

Se generan los gases de combustion,la temperatura que se pueda alcanzar depende esencialmente de la naturaleza de los solidos,liquidos y gases presentes en la unidad de volumenes de formación.

Combustion in situ

Zona 1: Zona Quemada

Zona 4 : Zona de agua y petroleo

La temperatura de esta zona es variable y va disminuyendo en dirección hacia el pozo productor.

Zona 3: Zona de Cokización

Es llamada asi por que es donde se forman fracciones pesadas de hidrocarburos que no han sido desplazadas experimentando craqueo térmico.

Combustion in situ

Distribución de temperatura y saturación para el proceso de combustion frontal

Tomada de “ Thermal Recovery Methods ”Combustion in situ

Combustion Invertida o en Reverso

No es tan eficiente como la combustión frontal, a causa de la deseable cantidad de crudo que es quemada como combustible y la indeseable fraccion que permanece en la region tras el frente de combustion, además requiere cerca del doble del aire de la combustión frontal.

En la combustion invertida no se manifiesta el crecimiento de un banco de petroleo que impida el flujo, por lo tanto este proceso es conveniente para los crudos muy viscosos.

Combustion in situ

Distribución de temperatura y saturación para el proceso de combustion invertida


Zona de Combustion

Zona Caliente o Quemada

Combustion in situ

Zona 1

Esta zona no ha sufrido ninguna alteración y se encuentra más o menos a las mismas condiciones originales. Reacciones de oxidación se hacen presentes en esta zona.

Zona 2

En esta zona se aumenta la temperatura debido a reacciones de oxidacion ,algunos fenómenos como vaporización de agua de formacion, destilacion de livianos y craqueo térmico de hidrocarburos ocurren en esta zona.

Combustion in situ

Zona 3 : Zona de combustion

En esta zona la temperatura alcanza su máximo valor.

Zona 3 : Zona de Caliente o Quemada

Las fases vapor y liquido fluyen a traves de esta zona.La temperatura de esta zona va disminuyendo con la distancia desde la zona de combustion.

Combustion in situ

Distribución de temperatura y saturación para el proceso de combustion invertida

Tomada de “ Thermal Recovery Methods ”Combustion in situ

Combustion Humeda (COFCAW) La combustion humeda es un proceso combinado de

combustion frontal con inyeccion de agua, que consiste en inyectar simultanea o alternamente agua y aire.

VENTAJAS

El calor es transferido efectivamente,mejor que cuando se inyecta solamente aire.

Menor consumo de combustible en la zona de combustion debido al mejoramiento en el desplazamiento, por lo tanto se quema un mayor volumen de yacimiento para un mayor volumen dado de aire inyectado.

Combustion in situ

RECOMENDACIONES

No debe usarse en formaciones con baja permeabilidad, pues sería difícil inyectar simultáneamente agua y aire a tasas deseadas,ya que la adición de agua aumenta la resistencia al flujo.

Si se tienen arenas delgadas, donde existen significativa pérdida de calor a las formaciones adyacentes, deberia tenerse en cuenta la combustion humeda.

Combustion in situ

Distribución de temperatura y saturación para el proceso de combustion humeda


Zona QuemadaZona de vapor

Zona de CombustionZona de condensacion

Zona de agua y Petroleo

Combustion in situ

Zona 1: Zona Quemada

Esta zona puede contener poca o ninguna saturación de hidrocarburos.El volumen poroso de esta zona contiene una saturación de agua líquida debido a que la temperatura es más baja que la temperatura de ebullición del agua.

Zona 2: Zona de Vapor

El volumen poroso de esta zona se encuentra saturado con una mezcla de aire y vapor de agua. El agua que es inyectada junto con el aire, se evaporiza; aprovechandose de esta manera las ventajas termicas del vapor como transportador de calor y sus propiedades como fluido desplazante. Combustion in situ

Zona 3: Zona de Combustion

El oxigeno es consumido y formando finalmente depósitos de residuos como carbon.

Zona 4: Zona de condensacion

En esta zona ocurren los procesos de condensación de vapor y vaporización de fracciones livianas e intermedias de los hidrocarburos.

Zona 4: Zona de Agua y petroleo

Esta zona es de alta presión debido a la formación de los bancos de agua y petroleo.

Combustion in situ

Variables involucradas en los Procesos de combustión in situ

Contenido del Combustible Velocidad del frente de combustion Utilizacion del Oxigeno Requerimiento de aire Eficiencia de Barrido Recobro de crudo Relacion Aire – Petroleo Cambios en la propiedad del crudo

Combustion in situ

Caracteristicas apropiadas que debe tener un yacimiento para la aplicacion de procesos de

combustion in situ

Contenido de petroleo Porosidad Permeabilidad Tipos de formacion Espesor de la arena Profundidad Gravedad del petroleo Tamaño del yacimiento Limites del yacimiento Combustion in situ

Factores que afectan favorablemente el desarrollo comercial de un proyecto de

combustion in situ

Gran espaciamiento entre los pozos Alta permeabilidad Alta Saturación de petroleo recuperable Baja concentración de cumbustible,pero por

encima del requerimiento mínimo. Baja relación de movilidades

Combustion in situ

Factores que contribuyen desfavorablemente al exito del proyecto

Yacimientos con capa de gas

Fracturas extensas en la formacion

Empuje del agua activa

Problemas con emulsionesCombustion in situ

ALGUNAS APLICACIONES EXITOSAS

Nombre del Area WBRRU WBBRRU

Modelo de explotación despues de de la depleción primaria

Combustión in-situ

Waterflooding

Formación: Red River; con trampa stratigráficaDolomita incluída en limestone y

anhydrite

Superficie del yac., Ac. 5000 3400

Profundidad, m 2560 2545

Porosidad y permeabilidad promedio 18 % y 10 md

Saturación inicial de agua, % 51 40

Temperatura promedio de res., °F 215 210

Presión inicial de reservorio, psi 3600 3579

OOIP, MMSTB 29 21

Similares propiedades del fluído32 °API, pres de pb= 300 psig,

GOR=173 SCF/STB, FVF= 1.174 RB/STB, visc.= 2.4 cp

Waterflooding and air injection performance comparison (SPE 99454)



Comienzo de la inyección 01/01/88

Caudal pico de petróleo, bopd 498 402

Fecha Ene.,90 Ene., 95

Prods/Inyecs 10/5 7/7

Caudal actual de inyec., Mscfd/bwpd 1150 1140

Inyec. Acum., bcf, MMsb 22.3 5.3

Vol. Poral inyectado 0.8 0.3

Petróleo Acum., Mstb 3700 1800

Pet. Incremental Acum., MMstb 1.8 1.0

Recuperación, % POIS 12.8 8.8

ISC WF

Combustion in situ



Tomada de “Memorias Tercer Congreso de produccion IAPG “ Pan American EnergyCombustion in situ

VENTAJAS DE LA COMBUSTION IN SITU

El proceso se desarrolla quemando fracciones indeseables de petroleo

Puede recuperarse entre el 60% y el 90% del petroleo in situ en la zona donde se ha producido la combustion.

Puede usarse para recuperar el petroleo pesado en zonas en donde no abunda el agua.

No tiene limitaciones de profundidad como en otros procesos térmicos. Sin embargo, en formaciones bastantes profundas podrian requerir altas presiones de inyeccion.

.

Combustion in situ

VENTAJAS DE LA COMBUSTION IN SITU

El aire esta siempre disponible y puede inyectarse aun en zonas donde es imposible hacerlo con agua o gas.

Además de la alta eficiciencia de recuperación, es más rapido que otros métodos, especialmente comparado con respecto a recuperación secundaria.

Mayor eficiencia que al gas natural para el

mantenimiento de presión, dada su característica de menor compresibilidad y solubilidad.

Combustion in situ

DESVENTAJAS DE LA COMBUSTION IN SITU

Las principales desventajas estan en que el aire inyectado tiende a sobrepasar la zona de petroleo y en algunos casos puede ocasionar incendios y dañar el completamiento de los pozos. Ademas, la baja capacidad térmica del aire hace que este no sea suficiente en el transporte de calor hacia la zona de petroleo para facilitar su desplazamiento.Este inconveniente se trata de subsanar mediante la combustion humeda

Combustion in situ

POR QUÉ LA INYECCIÓN DE AIRE NO HA SIDO UTILIZADA EN FORMA

EXTENSIVA? Alto costo de inversión en la planta compresora y

elevado gasto de mantenimiento.

Falta de confianza en el proceso por la información del amplio rango de resultados en la aplicación, entre los éxitos y fracasos.

Frecuentemente, su aplicación se decidió como último recurso; esto es, cuando ningún otro método era viable (resevorios altamente complejos en estratigrafía, petrofísica y otras condiciones desfavorables).

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PROBLEMAS OPERACIONALES

Combustion in situ

• Erosión

•Corrosión

•Emulsiones

•Peligros de explosión


CONCLUSIONES

• ISC es una técnica que ha sido extensamente probada y se han identificado las causas de los fracasos.

• Existen proyectos relativamente pequeños que han demostrado ser económicos.

• La economía puede mejorar por razones de escala.

• El conocimiento del mecanismo del proceso y la experiencia operativa ha reducido el riesgo de aplicación.

• Actualmente existe metodología disponible para evaluar reservorios candidatos para procesar con ISC.

Combustion in situ

BIBLIOGRAFIA

Tesis : “Sistematizacion de algunos metodos de recobro mejorado para crudos pesados tales como ISC, inyeccion de CO2 e Inyeccion de polimeros “ 1994

Fundamentals of reservoir engineering, Jhon C. Fundamentals of reservoir engineering, Jhon C. Calhoun 4edicion.Calhoun 4edicion.

Thermal Rocovery MethodsThermal Rocovery Methods

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