ENTREGA FINAL DE PROYECTO

Maestría en ingeniería de PetróleosProyecto Colectivo IntegradorGrupo A1Juan Rafael Acero - 201528396Sergio Alberto Martínez - 201610721Carlos Andrés Rivera – 200419251

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ENTREGA FINAL DE PROYECTO

Título: “Aislamiento térmico en superficie: impacto en recobro, eficiencia térmica y economía de unproyecto de inyección de vapor continua”.

Participantes en el proyecto

- Juan Rafael Acero – 201528396- Sergio Alberto Martínez – 201610721- Carlos Andrés Rivera (Gerente del Proyecto)– 200419251

OBJETIVOS

1. Seleccionar un tipo de aislamiento para las líneas en superficie para un sistema de inyeccióncontinúa de vapor y determinar su espesor óptimo.

2. Determinar el factor de recobro del campo según el tipo de aislamiento seleccionado.3. Evaluar financieramente el proyecto de conversión de un sistema de inyección cíclica a un

sistema de inyección continua de vapor del campo de estudio.4. Valorar cualitativamente los impactos socio-ambientales significativos derivados de las

actividades de conversión de un sistema de inyección cíclica de vapor a un sistema deinyección continua de vapor y en la operación del mismo.

RESULTADOS

Pérdidas de calor en superficie con los diferentes tipos de aislamiento

Información de entrada

Los cálculos presentados corresponden a las siguientes condiciones de superficie:

Tabla 1. Información de entrada para el cálculo de las pérdidas de calor en superficie. Nomenclatura acorde con figura 1.

Información de entrada VARIABLE

UNIDADESPRIMARIAS FUENTE

Temperatura de inyección Tb °F 540Parámetro de entrada delproyecto

Tasa de inyección BPD 1400Parámetro de entrada delproyecto

Temperatura ambiente TA °F 80Supuesto para elMagdalena Medio

Velocidad del viento mph 5Supuesto para elMagdalena Medio

Maestría en ingeniería de PetróleosProyecto Colectivo IntegradorGrupo A1

2

Radio interno de la tubería ri pulg 1.45 Diámetro 3.5" SCH 80Radio externo de la tubería ro pulg 1.75 Diámetro 3.5" SCH 80

Espesor del aislamiento tins pulg 2.11Espesor óptimo deaislamiento

Radio externo del aislamiento rins pulg 3.86Conductividad del tubo λp BTU/ft-d-F 600 Tomado de Pratts

Conductividad aislamiento PYROGEL λins BTU/ft-d-F 0.48Información proveedoraislantes

Conductividad aislamientoTHERMOGOLD12 λins BTU/ft-d-F 0.68

Información proveedoraislantes

Conductividad aislamiento PROROX 960 λins BTU/ft-d-F 0.68Información proveedoraislantes

Coef película transf calor entre fluido ytubo hf BTU/ft2-d-F 4800

0 Tomado de Pratts

Coef transf calor convección forzada supexterna tubo hfc BTU/ft2-d-F 154 Tomado de Pratts

Coef transf calor deposito costras supinterna tubo hpi BTU/ft2-d-F 1E+4

5 Valor "Muy alto"

Coef transf calor contacto tuberia yaislante hpo BTU/ft2-d-F 4800

0 Tomado de Pratts

Metodología

Las pérdidas por unidad de longitud pueden modelarse para cualquier sistema mediante la siguienteecuación: = ( − )/ (1)

Donde

Qls [BTU/ft-dia] Calor perdido por unidad de longitud

Tb [°F] Temperatura promedio del fluido de la tubería

TA [°F] Temperatura ambiente

Rh [BTU/ft-dia-°F] Resistencia térmica específica global

En la ecuación (1), la resistencia térmica específica global dependerá de la configuración del sistema.A continuación, se muestra la configuración correspondiente a la resistencia térmica para la tuberíaen superficie.


3

Figura 1. Configuración de la resistencia térmica para la tubería en superficie. Tomado de Procesos térmicos de extracción de petróleode Prats.

Con base en la figura 1, se tiene que la resistencia térmica específica en superficie puede expresarsede la siguiente manera:= + + + + + (2) Tomado de (Prats, 1987) Ec. 10.2

Resultados

Figura 2. Resultados de pérdidas de calor en superficie para diferentes valores de conductividad y espesores de aislamiento.

0.000

5000.000

10000.000

15000.000

20000.000

25000.000

30000.000

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6

Pérd

idas

de

calo

r [BT

U/ft-

d]

Conductividad aislamiento [BTU/ft-d-F]

Pérdidas de calor para diferentes aislamientos(BTU/ft-d)

0.2 pulg 0.4 pulg 0.6 pulg 0.8 pulg 1 pulg



4

En la figura anterior cada curva representa las pérdidas obtenidas para espesores de aislamientodiferentes. Al observar, se puede apreciar un comportamiento ascendente de las pérdidas amedida que aumenta la conductividad en cada espesor de aislamiento.

Figura 3. Calidades de vapor en cabeza de pozo.

En la figura anterior, cada curva ilustra el comportamiento de la calidad del valor en cabeza de pozopara espesores específicos de aislamiento. Se puede observar que al aumentar las conductividadesse obtienen calidades menores de vapor en la cabeza de pozo.

Análisis de resultados

En la figura 2 se observa que la distancia entre las curvas disminuye a medida que los espesorescorrespondientes van aumentando, esto indica que los aumentos en altos espesores producenmenores beneficios por ahorro de energía. Lo anterior sugiere que, a partir de cierto espesorcualquier aumento en esta magnitud no justifica la inversión.

La figura 3 confirma lo observado en la figura 2 ya que los beneficios en calidad del vapor a la llegadaa la cabeza de pozo empiezan a disminuir a medida que aumenta el espesor del aislamiento.

Comparación y validación de resultados

Como método adicional para la obtención de los perfiles de temperatura y presión en las líneas desuperficie y para la validación de los cálculos y valores de calidad de vapor en cabeza de pozo, seutilizó el programa Pipesim de la compañía Schlumberger. Este programa fue utilizado solo para los

0.500

0.550

0.600

0.650

0.700

0.750

0.800

0.850

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6Calid

ad d

el v

apor

en

cabe

za d

e po

zo

Conductividad del aislamiento [BTU/ft-d-F]

Calidad del vapor en la cabeza de pozo vsconductividad




5

cálculos de superficie, o sea desde el generador hasta la cabeza de pozo. Para los cálculos de fondo(desde la cabeza de pozo hasta el yacimiento) no fue utilizando el programa PipeSim, debido a queno contaba con la opción de introducir el asilamiento a través de la tubería de fondo.

El programa fue utilizado para hacer los cálculos en superficie analizando los tres tipos deaislamientos seleccionados para la evaluación. Como se puede observar en la siguiente gráfica losdatos cargados en el modelo de Excel fueron los mismos usados en Pipesim.

Figura 4. Datos de entrada línea en superficie programa Pipesim

En la figura 5 se observan los datos tabulados y gráficos para los perfiles de presión y temperaturaobtenidos con el PipeSim para la línea de superficie usando el aislante Pyrogel XT. La mismainformación fue obtenida para los otros dos tipos de aislante seleccionados Thermo12 Gold y ProRoxPS 960NA.

En la tabla 2 se recopilan los valores de calidad obtenidos con la hoja de cálculo de Excel y elprograma Pipesim calculados para los tres tipos de aislamientos seleccionados. Como se puedeobservar la diferencia entre los valores para la calidad de vapor calculados con las dos herramientases de 0.6% para el aislamiento Pyrogel y de 0.06% para los otros dos aislamientos.


6

Figura 5. Valores obtenidos línea en superficie con aislamiento Pyrogel usando Pipesim

Tabla 2. Resultados obtenidos con Pipesim.

Tipo deAislante

CalidadGenerador

Calidad Cabeza depozo calculado

EXCEL

Calidad Cabeza depozo calculado

PIPESIM

Temperaturaen el

GeneradorºF

Temperaturaen la cabeza

de PozoºF

PyrogelXT

0.80 0.7823 0.7875 540 505.66

Thermo12 Gold

0.80 0.7721 0.7726 540 506.2

ProRoxPS960NA

0.80 0.7721 0.7726 540 506.2

Pérdidas de calor en pozo con los diferentes tipos de aislamiento

A continuación de muestran las condiciones de pozo consideradas para el proyecto:


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Tabla 3. Información de entrada para el cálculo de las pérdidas en superficie. Nomenclatura de acuerdo con figura 6

Información de entrada VARIABLE UNIDADESPRIMARIAS FUENTE

Temperatura de inyección Tb °F 505 Estimada mediante pérdidasen superficie

Temperatura subterránea media °F 138 Temperatura supuesta

Temperatura ambiente TA °F 80 Supuesto para el MagdalenaMedio

Radio externo de la tubería ro pulg 1.75 (Pratts)Radio interno del revestidor rci pulg 4.27 (Pratts)Radio externo del revestidor rco pulg 4.8125 (Pratts)Radio del pozo rw pulg 6 (Pratts)Radio de terreno alterado rEA pulg 6 (Pratts)

Espesor del aislamiento tins pulg 2.112 Espesor óptimo ensuperficie

Radio externo del aislamiento rins pulg 3.862Difusividad térmica de la tierra αE ft2/d 0.96 (Pratts)

Profundidad D ft 1500 Parámetro de entrada delproyecto

Tiempo de inyección t d 3650 Tiempo condicionesestables ver figura 6

Conductividad del tubo λp BTU/ft-d-F 600 (Pratts)

Conductividad aislamiento λins BTU/ft-d-F 0.68Información proveedoraislantes

Conductividad del cemento λcem BTU/ft-d-F 12 (Pratts)Conductividad tierra no alterada λE BTU/ft-d-F 24 (Pratts)Conductividad tierra alterada λEA BTU/ft-d-F 24 (Pratts)Coef película transf calor entre fluido ytubo hf BTU/ft2-d-

F 48000 (Pratts)

Coef transf calor deposito costras supinterna tubo hpi BTU/ft2-d-

F 1E+45 (Pratts)

Coef transf calor contacto tuberia yaislante hpo BTU/ft2-d-

F 48000 (Pratts)

Emisividad superficie externa delaislamiento εins - 0.9 (Pratts)

Emisividad superficie interna delrevestidor εci - 0.9 (Pratts)

Metodología

- Pérdidas de calor

De la misma manera que en superficie, las pérdidas de calor en pozo pueden ser modeladas mediante laecuación (1)


8

= ( − )/ (1)

En la que la resistencia térmica específica global será estimada para la siguiente configuración:

Figura 6. Configuración de la resistencia térmica para la tubería en pozo. Tomado de Procesos térmicos de extracción de petróleo dePrats.

A partir de la figura 6, se puede expresar la resistencia térmica pozo de la siguiente manera:= + + + + + , + + + +( ) (3) Tomado de (Prats, 1987) Ec. 10.6

- Calidades de vapor

Para estimar la calidad del vapor en pozo, Satter (Satter, 1965) desarrolló la expresión mostrada acontinuación la cual es la solución de la ecuación diferencial obtenida a partir de la aplicación delprincipio de conservación de energía a un elemento diferencial.

( ) = (0) − + (4)

Donde = (0) (5)

= ( )(6)

Las ecuaciones (4), (5) y (6) corresponden a las ecuaciones 10.14, 10.15 y 10.16 de (Prats, 1987).

Resultados


9

Figura 7. Pérdidas de calor por unidades de tiempo y profundidad a las condiciones de inyección para diferentes conductividades yespesores de aislamiento.

En la figura anterior cada curva corresponde a un espesor diferente de aislamiento e ilustra elcomportamiento de las pérdidas de calor a medida que aumenta la conductividad del aislamiento.Es importante anotar que las curvas de pérdidas de calor para espesores de 0.3 y 0.6 pulgadas solollegan hasta valores de 0.6 y 1.1 BTU/ft-d-F lo cual se debe a que a conductividades mayores el calorperdido es tan alto que alcanza a condensarse todo el vapor. De igual forma, no es posible utilizarespesores mayores a 2.4 pulgadas ya que se superaría el diámetro interno del revestidor.

Figura 8. Calidad de vapor en función de la profundidad para aislamientos con diferentes conductividades.

0.000

1000.000

2000.000

3000.000

4000.000

5000.000

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6Pérd

idas

de

calo

r [BT

U/ft-

d]

Conductividad aislamiento [BTU/ft-d-F]

Pérdidas de calor en el pozo (BTU/ft-d)

0.3 pulg 0.6 pulg 0.9 pulg 1.2 pulg

1.5 pulg 1.8 pulg 2.1 pulg 2.4 pulg

0.0000.1000.2000.3000.4000.5000.6000.7000.8000.900

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

Calid

ad d

e va

por

Profundidad [ft]

Calidad de vapor vs profundidad

0.3 BTU/ft-d-F 0.4 BTU/ft-d-F 0.5 BTU/ft-d-F 0.6 BTU/ft-d-F

0.7 BTU/ft-d-F 0.8 BTU/ft-d-F 0.9 BTU/ft-d-F 1 BTU/ft-d-F

1.1 BTU/ft-d-F 1.2 BTU/ft-d-F


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En la figura anterior cada curva describe el comportamiento de la calidad de vapor en función de laprofundidad. Las calidades en superficie mostradas corresponden a las obtenidas en cabeza de pozomostradas en la figura 2.

Figura 9. Calidad del vapor a 1500ft de profundidad en función del tiempo para diferentes valores de conductividad.

La figura anterior muestra las calidades de vapor obtenidas para diferentes conductividades enfunción del tiempo.

Análisis de los resultados

Igual que en superficie, los ahorros de pérdidas de calor van siendo menores a medida queaumentan los espesores del aislamiento (ver figura 7). No obstante, un factor importante a teneren cuenta en la definición de este componente en pozo es la limitación derivada del espaciodisponible. Por otra parte, el impacto producido por las caídas en la calidad del vapor a lo largo delpozo (figura 8) serán evaluadas a partir de su efecto en los volúmenes producidos de crudo.

En cuanto a la variación de las calidades de vapor se puede observar en la figura 9 que se presentanvariaciones durante los primeros 50 días luego de iniciar la inyección continua de vapor y luegodichos valores tienden a estabilizarse teniendo en cuenta que de acuerdo con la formulación, lafunción f(tD) (función de la resistencia térmica de la tierra) tiende a estabilizarse dado sucomportamiento cuasi estable que hace que todas las pérdidas de calor en pozo tengan este mismocomportamiento.

Actividades realizadas

1. Revisión bibliográfica y elaboración del marco teórico.2. Construcción del modelo de pérdida de calor en pozo en Excel.

0.600

0.620

0.640

0.660

0.680

0.700

0.720

0.740

0.760

0 200 400 600 800 1000 1200

Calid

ad d

e va

por

Tiempo [Días]

Calidad del vapor en función del tiempo

0.3 BTU/ft-d-F

0.4 BTU/ft-d-F

0.5 BTU/ft-d-F

0.6 BTU/ft-d-F

0.7 BTU/ft-d-F

0.8 BTU/ft-d-F

0.9 BTU/ft-d-F

1 BTU/ft-d-F

1.1 BTU/ft-d-F

1.2 BTU/ft-d-F


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3. Comparación de resultados con la bibliografía.

Espesores óptimos para cada tipo de aislamiento en superficie

Metodología

Teniendo en cuenta que el costo del aislamiento es creciente en función del espesor y el costo de laenergía perdida es decreciente, el costo total del sistema de aislamiento presenta un mínimo en elque se define como el espesor óptimo de aislamiento.

Figura 10. Funciones de costo de aislamiento y de energía perdida. Tomado de diapositivas de clase de Optimización de procesos.

El cálculo del espesor de aislamiento corresponde a un problema de optimización no lineal. Para el cual seutilizará el algoritmo de programación no lineal “GRG Nonlinear” disponible en el complemento Solver deExcel.

Resultados

Se halló el espesor óptimo en superficie para los siguientes tres tipos de aislamientos (parasuperficie se tomaron espesores de 2 pulgadas):

1. Referencia: Pyrogel XT-E.Conductividad térmica a temperatura media de aislamiento (310°F): 0.48 BTU/ft-d-FEspesor óptimo: 1.09 pulgadas

2. Referencia: ProRox PS 960.Conductividad térmica a temperatura media de aislamiento (310°F): 0.68 BTU/ft-d-FEspesor óptimo: 4.97 pulgadas

3. Referencia: ThermoGold 12.Conductividad térmica a temperatura media de aislamiento (310°F): 0.68 BTU/ft-d-FEspesor óptimo: 2.48 pulgadas


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Actividades realizadas

1. Selección de los aislamientos:

Se hizo una exploración de los aislamientos térmicos disponibles en el mercado con lo cual sedeterminó que las referencias listadas en la tabla 4 son aplicables en este proyecto dada sutemperatura máxima de operación.

Tabla 4. Aislamientos disponibles en el mercado adecuados para las condiciones de operación del proyecto.

Referencia Proveedor MaterialTmáx Oper

[°F] Datos de contactoThermo12Gold

JohnsManville

Silicato decalcio 1200

[email protected] (800) 866-3234

ProRox PS960NA ProRox Lana mineral 1200

[email protected] 1-800-265-6878

Pyrogel XTAspenAerogels Silice 1200

[email protected]

2. Cálculo de las pérdidas de calor con y sin aislamiento térmico.

Se estiman las pérdidas de calor utilizando las ecuaciones (1), (2) y (3) con y sin aislamiento, paraeste último caso haciendo cero la resistencia térmica por efecto del aislamiento térmico y tomandoen cuenta que las pérdidas por radiación para la tubería desnuda en superficie toman valoresimportantes.

Con estos valores se estima el calor ahorrado gracias al uso del aislamiento.

3. Estimación del valor presente neto de la inversión en el aislamiento.

Se calcula el valor presente neto de la inversión en el sistema de aislamiento considerando lainversión inicial en el aislamiento y los ahorros logrados (tomando el calor ahorrado calculado en elnumeral anterior y el costo del calor por unidad de energía).

4. Estimación del espesor óptimo.

Se resuelve el problema de optimización definido de la siguiente manera:

Función objetivo Max VPN = f(rins)

Sujeto a

Q = g(rins)

rins > 0


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rins R

Donde g(x) es una función para estimar las pérdidas de calor por causa de los diferentes mecanismosde transferencia de calor modelados mediante la resistencia específica global Rh. La evaluación serealizó con los siguientes parámetros:

- El VPN se descuenta con un WACC del 7.15%.- Precio del aislamiento 5 USD/ft2 y 5.1 USD/pulgada adicional de espesor.- Precio del gas por BTU 3.17USD/MMBTU (“NG1 Commodity Quote - Generic 1st ‘NG’ Future

- Bloomberg Markets,” n.d.).

Simulación de yacimiento

El campo objeto de estudio consta de 328 pozos, los cuales están inyectando vapor de manera cíclicaen la modalidad de Huff´n´puff durante 10 ciclos que consta de 11 días de inyección y 210 días deproducción para un total de 2210 días. Esta etapa fue simulada para así obtener data histórica quepermita modelar una inyección continua de vapor utilizando distintos aislantes en superficie el cuales el objetivo principal del proyecto. La siguiente figura muestra la ubicación geográfica de los pozosen el campo los cuales están distribuidos con una escala de color que permite diferenciar susespesores.

Figura 11. ubicación de los geográfica de los pozos en el campo

Con el fin de simplificar la simulación y el modelamiento, se decidió sectorizar el campo según elespesor de los pozos. Cada sector corresponde a un patrón de cinco puntos invertido en dondevarían los espesores. Se estableció un cut off de 20 ft y los rangos seleccionados para la construcciónde patrones son los siguientes:


14

Tabla 5. Rangos de espesores seleccionados

Espesor [ft]Cut off < 20

Patrón 1 20-40Patrón 2 40-60Patrón 3 > 60

Se ubicaron 3 patrones de cinco puntos invertidos que cumplen con estas condiciones. Cada uno deestos se simuló para su etapa de Huff´n´puff con las siguientes características:

Presión Inicial: 700 psiTemperatura Inicial: 138 F

Composición del crudo en fraccionesmolares:

´Soln_Gas´: 0.105856´Dead_Oil´:0.894144

11 días de inyección a una tasa de 1400BPD CWE

Temperatura de Inyección: 540 FCalidad del Vapor: 70%

*La calidad del vapor no fue suministrada y se toma un valor estándar para obtener la data histórica del campo.

Tabla 6. Descripción de los patrones seleccionados

Patrón 1 Espesores entre 20 y 40 ft

Patrón 1 (espesor entre 20-40)

Pozo h x yAN-111 29.835 945014.9 1166786 218 yAN-143 35.036 945195.4 1166568AN-127 32.469 944994.8 1166582

-224.6 x

AN-107 29.743 945219.4 1166757

AN-92 28.073 944640 1167034

Patrón 2 Espesores entre 40 y 60 ft

Patrón 2 (espesor entre 40-60)

Pozo h x yAN-191 40.303 944543.6 1167147 -239 yAN-241 45.154 943463 1167386AN-251 47.301 944524.3 1166942

-227.9 x

AN-252 47.470 944752.2 1167122AN-253 47.501 944640 1167034


15Figura 12. Descripción de los ciclos de inyección de cada patrón

Patrón 3 Espesores mayores a 60 ft

Patrón 3 (>60)

Pozo h x yAN-308 59.160 945260.1 1168783 310 yAN-319 63.454 945322.2 1168473AN-327 81.661 945119.8 1168497

-314.6 x

AN-324 70.333 945434.4 1168562AN-312 60.368 945248.2 1168599

Para la construcción de los modelos en CMG se optó por usar una malla con coordenadascartesianas de 10*10 con 15 capas en la dirección k. Los bloques son uniformes y miden 100 piescada uno en las direcciones i y j. El espesor de cada patrón define el espesor de cada una de lascapas del yacimiento.

Tabla 7. Espesor de cada capa según cada patrón

Patrón Espesor promedio Espesor de cada capa1 30 ft 2 ft2 50ft 3.33 ft3 70 ft 4.66 ft

Para un proceso de inyección cíclica de vapor, la inyección y producción se realizan por el mismopozo por lo cual no se puede inyectar y producir al mismo tiempo. De manera que para lograrresultados en la simulación se escogió un calendario para que durante los ciclos de inyección en elpatrón de 5 pozos ninguno de estos inyectara al tiempo con otro pozo. En este sentido, durante los

1

2 4

35


16

10 ciclos de inyección siempre hay un pozo inyectando y 4 produciendo y eventualmente los 5 pozosestán produciendo. La siguiente imagen ilustra el orden de inyección en los pozos del patrón. Cadacambio en la inyección de un pozo a otro se da con 15 días de diferencia, sin embargo, cada pozosolo inyecta durante 11 días

De esta forma se llevaron a cabo las simulaciones de los 10 ciclos de inyección para los 3 patrones.El inicio de la simulación es el 1 de enero de 2007 y termina la parte de Huff´n´puff el 1 de enero de2014. La siguiente imagen muestra los resultados obtenidos en la simulación para los 3 patrones.En ella se aprecia la producción acumulada durante el tiempo de inyección cíclica de vapor.

Tabla 8. Resultados obtenidos en Inyección Cíclica

Patrón Producción Acumulada (7años)[bbl] Factor de recobro[%]

1 191072 14.012 247796 153 318796 19.3

Figura 13. Producción acumulada para cada patrón-Inyección Cíclica

Para extrapolar estos resultados a todo el campo se identificaron las zonas en las cuales era posibleubicar un patrón similar a los patrones simulados. Las siguientes figuras muestran la extrapolaciónde cada patrón en el campo. Al localizar e identificar la cantidad de cada tipo de patrón, laproducción de cada uno de estos es multiplicada por su cantidad y luego se suman la producción detodos los patrones en el campo para tener un valor aproximado de producción total.


17

Tabla 9. Esquema de patrones de espesor entre 20 y 40 ft

Patron 1. Espesores entre 20 y 40 ft.Se identificaron 20 posibles ubicacionesde patrones. En orden de ajustar losresultados para que sean más reales, sesuman 6 patrones más para incluir apozos de este rango de espesor que nose encuentran cerca a otros pozos con unmismo espesor. De esta forma seincluyen la mayoría de pozos que seencuentran bajo este rango deespesores. Un total de 26 patrones queincluyen un aproximado de 130 pozos deespesor entre 20 y 40 ft se tomaron parala extrapolación de los resultados alcampo.

Tabla 10. Esquema de patrones de espesor entre 40 y 60 ft

Patron 2. Espesores entre 40 y 60 ft.

Se identificaron 18 posibles ubicacionesde patrones. Al igual que en el anteriorpatrón se suman 6 patrones más paraincluir a pozos de este rango de espesorque no se encuentran cerca a otrospozos con un mismo espesor. De estaforma se incluyen la mayoría de pozosque se encuentran bajo este rango deespesores. Un total de 24 patrones setomaron para un total de 120 pozos parala extrapolación de los resultados alcampo.

Tabla 11. Esquema de patrones de espesor mayores a 60 ft

Patron 3. Espesores mayores a 60 ft.

Se identificaron 2 posibles ubicacionesde patrones. Para este caso solo se lesuma un patrón extra para incluir apozos de este rango de espesor que nose encuentran cerca a otros pozos con unmismo espesor. De esta forma seincluyen la mayoría de pozos que seencuentran bajo este rango deespesores. Un total de 3 patrones setomaron para un total de 15 pozos parala extrapolación de los resultados alcampo.


18

Tabla 12. Producción Acumulada Campo para Huff´n´puff

Patrón Producción Acumulada(7años)[bbl] # de Patrones

ProducciónAcumuladaCampo [bbl]

Factor derecobro [%]

1 191072 26 4967872 14.012 247796 24 5947104 153 318796 3 956388 19.3

Total 11871364 14.75

A partir del año 2014 se inició la inyección continua de vapor. Para este procedimiento se utilizaronlos mismos patrones escogidos en la inyección cíclica, pero con la diferencia que en este caso soloel pozo del centro será el inyector y el resto serán productores. Este ciclo continuo de inyeccióntiene una duración de 3650 días (10 años) y para el cual se simuló con 3 calidades de vapor distintasen la inyección correspondientes a tres aislantes con el fin de evaluarlos según sus beneficios en laproducción de aceite. Los aislantes evaluados y las calidades de vapor correspondientes semuestran en la siguiente tabla.

Tabla 13. Aislantes Seleccionados

Aislante Calidad de VaporPyrogel XT 70.09%Thermo12 Gold 70.5%ProRox PS 960NA 71.22%

Siguiendo la misma estructura para la simulación de la inyección cíclica, se divide el campo en 3patrones según su espesor y luego se extrapolan los resultados a todo el campo. En este caso el fines evaluar por separado cada aislante por ende se repetirá este procedimiento para cada uno deellos. En orden de tener una mejor percepción de las ventajas de realizar una inyección continua devapor sobre un proceso de Huff´n´puff se realizó la simulación de la inyección cíclica durante 16ciclos más para un total de 26 con el fin de simular hasta el 2024 y comparar la producción de aceitede los dos procesos. Para determinar la cantidad de inyección diaria a realizar en cada patrón, sesiguió la correlación propuesta por Bursell y Pittman (Basta, Korany, Kortam, & Shaker, n.d.),quienes encontraron que una tasa de inyección de 1.5-B/(D-acre-ft) corresponde a la menor relaciónvapor/liquido. Siguiendo este concepto se tienen las siguientes relaciones liquido vapor:

Tabla 14. Tasa de inyección para cada patrón

Patrón Área [ft²] Área [acre] h [ft] q iny [B/D]1

1000000 22.9530 1033.05

2 50 1721.763 70 2410.47


19

Tabla 15. Resultados Inyección Continua para el patrón 1



Al implementar un proceso de inyección continua se alcanzaría una producción acumulada muchomayor que si se siguiera implementando el método inyección cíclica. Un incremento deaproximadamente de 6 % en el factor de recobro, reflejan que el proyecto es una buena opciónpartiendo de la producción.

Produccionacumulada

Factor derecobro

2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 BBL %Thermo12 31554.031 21031.97 21229.77 17713.41 13464.75 10583.781 8590.063 7567.375 7486.5 7958.406 340093.8125 34.3930206

ProRox 31668.297 21107.03 21326.22 17745.94 13481.313 10572.094 8566.063 7545.563 7489.75 8071.344 340487.375 34.432827Pyrogel 31467.813 20991.67 21200.78 17675.56 13444.344 10581.563 8608.813 7584.344 7477.344 7903.469 339849.4688 34.368309Ciclica -

1400 BBL/D 9630.5625 9019.125 12474.53 11965.73 11024.078 11966.109 7439.031 9019.469 4976.75 0 297767 29.61

PATRON 1 - 20-40 ft (Qiny = 1050 B/D)

Aislante Producción Anual [BBL]

Produccionacumulada

Factor derecobro

2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 BBL %Thermo12 61095.984 42138.13 31582.06 31882.25 29223.938 24352.844 19859.22 16752.28 14825.78 14899.84 539114.6875 32.7070923

ProRox 61424.266 42162.84 31751.81 32101.91 29182.656 24380.594 19920.31 16769.97 14896.97 15011.94 540105.625 32.767292Pyrogel 61243.578 41878.94 31462.81 31832.56 29146.094 24251.719 19801.63 16723.09 14802.59 14856.81 538502.1875 32.6698875Ciclica -

1400 BBL/D 19182 22198.22 24082.91 18109.72 15730.156 18280.75 13152.06 16681.81 8702.469 0 419949 25.5

PATRON 2 - 40-60 ft (Qiny = 1750 B/D)

Producción Anual [BBL]Aislante

Produccionacumulada

Factor derecobro

2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 BBL %Thermo12 62116.25 56424.09 44463.97 43474 43329.531 37891.25 32036.31 26171.63 23491.69 22457 704093.4375 30.9188671

ProRox 62475.625 56377.16 44606.81 43806.59 43403.594 37884 32101.06 26120.63 23608 22388.5 705009.6875 30.9591579Pyrogel 61986.094 56365.38 44438.44 43378.06 43277.875 37896.938 31961.19 26155.63 23428.5 22452.19 703578 30.8962002Ciclica -

1400 BBL/D 22276 17857.72 25700.19 19797.41 21903.125 22437 15569.03 21258.59 11767.59 0 518637.5938 22.8059387

PATRON 3 - 60+ ft (Qiny = 2450 B/D)

Producción Anual [BBL]Aislante


20

Evaluación de impactos ambientales

Se presenta la evaluación de los impactos sobre el medio físico y socio-económico generado por eldesarrollo de un proyecto de inyección continua de vapor. Para la evaluación se realizará un análisiscualitativo de los impactos ambientales basados en la metodología de Conesa. Para esto se debenidentificar las acciones que puedan causar impacto sobre el medio ambiente y a su vez identificarlos factores ambientales del entorno susceptibles a recibir impacto.

Actividades y componentes

Se presentan 5 etapas generales para el desarrollo de un proyecto de inyección continua de vaporpara las cuales existen actividades en general que se hacen durante cada una de estas.

Tabla 18. Actividades realizadas en proyectos de producción petrolera en general.

Etapas Actividades

Construcción planta generadorade vapor

Movimiento de equipos y maquinariaAdecuación del terreno y obras civilesMontaje de equipos

Líneas de superficie

Movilización de tuberíaAdecuación del terreno para la instalaciónde líneas y tendidoInstalación del aislamiento de tubería

Captación de AguaInstalación de bombas y tanquesTratamiento de aguaCaptación de Agua

Generación de vapor Operación de la planta generadora

ProducciónTratamiento de aguas residualesInyección de aguas residuales

Al tratarse de un proyecto actualmente desarrollado, se identificaron las actividades que afectaránel medio ambiente al cambiar de inyección de vapor cíclica a continua. Estas se observan en la tablay corresponden a las actividades relacionadas con la generación de vapor y el trazado de líneas detubería para la inyección del vapor.

Identificación de Impactos

Para identificar los impactos se deben identificar todas las posibles consecuencias que se puedangenerar durante las acciones propuestas anteriormente. Luego se procede a identificar los impactosambientales.


21

Tabla 19. Impactos ambientales de acuerdo con el medio con el que se interactúe.

Medio Impacto Ambiental

FísicoAgua

Alteración de la calidad del agua

Modificación de caudalesIncremento en el aporte de sedimentos a

cuerpos de agua

Aire Alteración de la calidad físico química del aire

Botico

FaunaAlteración de hábitats naturales

Migración de especies faunísticas

Flora

Perdida de cobertura vegetalCambios en la morfología del paisaje

Cambio en el número de especies de flora

Socio-económico

EconómicoGeneración de expectativas laborales

Generación de empleo local

SocialGeneración de conflictos con la comunidad

Desarrollo de proyectos de inversión socialen la zona de influencia

Al igual que en las actividades y componentes, se identificaron los impactos directamenterelacionados con la implementación de la inyección continua de vapor. Básicamente, el impactoambiental está relacionado con el uso de aguas y emisiones de gases al medio ambiente.

Metodología

La evaluación de los impactos ambientales hace referencia a identificar las consecuencias en elmedio ambiente para así lograr generar actividades de mitigación, prevención, compensación orecuperación de los impactos causados. La metodología seleccionada para la evaluación cualitativade los impactos ambientales es el método de Conesa, el cual consiste en generar una matriz decausa-efecto y analiza una serie de parámetros para los cuales se establecen unos atributos. El nivelde importancia del impacto ambiental está en función del grado de incidencia o intensidad de laalteración producida. La siguiente tabla muestra los parámetros establecidos por Conesa.


22

Tabla 20. Parámetros para establecer el nivel de importancia de los impactos según Conesa (Conesa Fernandez, 1993).

NATURALEZAImpacto beneficiosoImpacto perjudicial

+-

INTENSIDAD (I) (Grado de destrucción)BajaMediaAltaMuy altaTotal

124812

EXTENSIÓN (EX)(Área de influencia)PuntualLocalExtensoTotalCrítica

1248(+4)

MOMENTO (MO)(plazo de manifestación)Largo plazoMedio plazoCorto plazoInmediatoCritico

1244(+4)

PERSISTENCIA (PE) (Permanencia del ef.)FugazTemporalPermanente

124

REVERSIBILIDAD (RV)Corto plazoMedio plazoIrreversible

123

SINERGIA (SI)(Regularidad de manifestación)Sin SinergismosinérgicoMuy sinérgico

124

ACUMULACIÓN (AC)(incremento progresivo)

Simpleacumulado

14

EFECTO (EF)(Regularidad causa-efecto)Indirecto (secundario)Directo

14

PERIODICIDAD (PR)(Regularidad de la manifestación)Irregularidad o periódico y discontinuoPeriódicoContinuo

124

RECUPERABILIDAD (MC)(Reconstrucción por medios humanos)Recuperable de manera inmediataRecuperable a medio plazoMitigableIrrecuperable

1248

IMPORTANCIA (I)

I = +/- (3I + 2EX + MO + PE + RV + SI + AC + EF +PR + MC)

Como se mencionó anteriormente, el proyecto ya paso su fase de inyección cíclica en donde muchosaspectos ambientales tuvieron que ser tenidos en cuenta durante su desarrollo. Partiendo de estaidea, al cambiar de inyección cíclica a continua solo pocos aspectos se deben tener en cuenta parala evaluación de los efectos ambientales y por consiguiente solo los siguientes aspectos de la matrizde parámetros de Conesa serán utilizados.

Naturaleza Intensidad (I) Extensión (EX) Momento (MO) Persistencia (PE)

El nivel de importancia de cada impacto es evaluado mediante la siguiente ecuación:= +/−(3 + 2 + + )


23

Tabla 21. Valoración cualitativa de los impactos para 1 actividad

La tabla anterior muestra los resultados de la evaluación cualitativa de los impactos ambientalespara la actividad ¨movimiento de equipos y maquinaria¨. Este mismo procedimiento se realizó paracada actividad en donde se evaluó el nivel de importancia de cada impacto con respecto a laactividad. Según la metodología de Conesa, se determinó un rango de nivel de importancia paradeterminar la clase de impacto generado por las diferentes actividades.

Tabla 22. Escala de nivel de importancia de los impactos

Nivel deImportancia

Clase deImpacto Trama

7-15 Compatible Verde16-30 Moderado Amarillo31-45 Critico Naranja46-60 Severo Rojo

Tal y como lo muestra la tabla, el nivel de importancia de los impactos está bajo una escala decolores que permite identificar cuáles de los impactos tienen mayor relevancia. La siguiente matrizmuestra la evaluación de todos los impactos con respecto a cada actividad.

IMPACTO N I EX MO PE N. I.Migración de especies faunisticas -1 2 1 4 1 -13Alteracion de habitats naturales -1 1 1 1 2 -8Perdida de cobertura vegetal -1 1 1 1 1 -7Cambio en numero de especies de flora -1 2 1 1 1 -10Incremento en el aporte de sedimentos a cuerpos de agua -1 1 1 1 1 -7Alteracion de la calidad del agua -1 1 1 1 1 -7Modificacion de caudales -1 1 1 1 1 -7Alteracion de la calidad fisico quimica del aire -1 2 2 2 2 -14Cambios en la morfologia del paisaje -1 1 1 1 1 -7Generacion de espectativas laborales 1 4 2 4 2 22Generacion de conflictos con la comunidad -1 4 1 4 2 -20Generacion de empleo local 1 2 2 2 2 14Desarrollo de proyectos de inversion social en la zona de influencia 1 2 2 2 2 14

movimiento de equipos y maquinaria


24

Tabla 23. Matriz de valoración de impactos ambientales

Generación devapor

Movimiento deequipos y

maquinaria

Adecuación delterreno y obras

civiles

Montaje deequipos

Movilización detubería

Adecuación delterreno para lainstalación de

líneas y tendido

Instalación delaislamiento de

tuberia

Instalación debombas ytanques

Tratamiento deagua

Captación deagua

Operación de laplanta

generadora

Tratamiento deaguas residuales

Inyección deaguas residuales

Migración de especies faunísticas -13 -16 -7 -13 -16 -8 -7 -7 -7 -7 -7 -7

Alteración de hábitats naturales -8 -16 -7 -8 -16 -8 -7 -7 -7 -7 -7 -7

Perdida de cobertura vegetal -7 -16 -7 -7 -16 -8 -7 -7 -7 -7 -7 -7

Cambio en número de especies de flora -10 -12 -7 -10 -12 -8 -7 -7 -7 -7 -7 -7

Incremento en el aporte de sedimentos a cuerposde agua -7 -7 -7 -7 -7 -7 -7 -14 -14 -7 -14 -20

Alteracion de la calidad del agua -7 -7 -7 -7 -7 -7 -7 -26 -26 -7 -26 -26

Modificación de caudales -7 -7 -7 -7 -7 -7 -7 -7 -38 -7 -7 -7

Alteración de la calidad físico química del aire -14 -9 -9 -14 -9 -9 -9 -7 -7 -32 -7 -7

Cambios en la morfología del paisaje -7 -16 -16 -7 -16 -12 -16 -7 -7 -7 -7 -7

Generación de expectativas laborales 22 7 7 22 7 7 7 7 7 7 7 7

Generación de conflictos con la comunidad -20 -11 -7 -20 -11 -7 -7 -7 -7 -7 -7 -7

Generación de empleo local 14 7 7 14 7 7 7 7 7 7 7 7

Desarrollo de proyectos de inversión social en lazona de influencia 14 7 7 14 7 7 7 7 7 7 7 7

Captacion de AguaConstrucción planta generadora de vapor Líneas de superficie Producción

IMPACTO AMBIENTAL


25

EVALUACION FINANCIERA

Metodología

La evaluación financiera del proyecto se hizo siguiendo el flujo mostrado a continuación:

Figura 15. Metodología para la evaluación financiera del proyecto

Modelo de optimización

Para la optimización financiera se definió el siguiente modelo el cual corresponde a un modelo deoptimización lineal.


26

Resultados obtenidos

Selección del aislamiento

A continuación, se muestran los resultados del valor presente neto obtenidos para cada patrón conlos tres aislamientos evaluados.

VPNAislamiento Patrón 1 Patrón 2 Patrón 3

Pyrogel 671,848.38 1,941,801.73 4,324,303.75

ProRox960 708,729.04 1,995,591.32 4,384,429.54

THERMOGOLD 689,052.57 1,964,733.17 4,348,891.82

Para todos los patrones resulta como el más conveniente el aislamiento de referencia PROROX960.

CAPEX

A continuación, se listan los ítems considerados dentro del CAPEX.

- Generadores- Tubería en superficie- Accesorios y válvulas de la línea- Aislamiento (suministro e instalación)- Pozo agua inyección (Disposal)- Planta de tratamiento agua (inyección/disposal)- Tanque de almacenamiento de agua- Gasoducto

OPEX

Dentro del OPEX se consideraron:

- Costos del gas para generación.- Mantenimiento.- Costos de tratamiento de aguas- Bombeo de agua- Costo de personal operativo- Sistema de levantamiento artificial


27

Optimización en los escenarios normativo, optimista y pesimista

En el siguiente cuadro se muestran el cronograma óptimo de operación de los patrones y los VPNlogrados. En todos los casos se corrige el precio del barril restando 14USD por conceptos de calidady transporte.

Escenario normativo Precio del barril 41USD

Año 1 Año 2Año3

Año4

Año5

Año6

Año7

Año8

Año9

Año10

Patrón 1 23 0 0 0 3 0 0 0 0 0Patrón 2 24 0 0 0 0 0 0 0 0 0Patrón 3 2 1 0 0 0 0 0 0 0 0

VPN 60,334,725.60

Escenario optimista Precio del barril 61USD

Año 1 Año 2Año3

Año4

Año5

Año6

Año7

Año8

Año9

Año10


VPN 166,417,425.64

Escenario pesimista Precio del barril 21USD

Año 1 Año 2Año3

Año4

Año5

Año6

Año7

Año8

Año9

Año10


VPN (5,866,658.83)


28

Comportamiento del VPN frente a variaciones del precio del petróleo

A continuación, se muestran los VPN a diferentes precios del petróleo en el escenario normativo.

Tabla 24. Valores del VPN para diferentes precios del petróleo.

Con base en la tabla mostrada se puede afirmar que en el escenario normativo el proyecto tieneviabilidad financiera si los precios del petróleo son de al menos 30USD.

Escenarios con variación en precios del petróleo

Para cada escenario se incluyeron variaciones en los precios del petróleo estimadas con base envalores históricos de los últimos 30 años modelados mediante movimiento browniano geométrico.A continuación, se muestran las distribuciones de probabilidad del VPN obtenidas para cada uno delos escenarios analizados.

Escenario normativo

Precio del petroleo 60,334,725.6025 (23,860,224.15)26 (18,598,039.79)27 (13,335,855.43)28 (8,073,671.07)29 (2,811,486.71)30 2,450,697.6531 7,712,882.0132 12,975,066.3733 18,237,250.7334 23,499,435.0935 28,761,619.4536 34,023,803.8137 39,285,988.1638 44,548,172.5239 49,810,356.8840 55,072,541.24


29

Figura 16. Distribución de probabilidad del VPN para el caso normativo con precios del petróleo modelados con movimientoBrowniano geométrico. Niveles de confianza de 90, 70 y 50.


30

Escenario optimista

Figura 17. Distribución de probabilidad del VPN para el escenario optimista.

Escenario pesimista

Figura 18. Distribución de probabilidad del VPN para el escenario optimista.

Optimización en escenario normativo con restricciones

Con el fin de determinar el cronograma óptimo de operación de los patrones, se formuló un modelode optimización y como parte del análisis se plantearon las siguientes restricciones:


31

Con las cuales se obtuvo el siguiente cronograma de operación y VPN:

Escenario restringido Precio del barril 41USD

Año 1 Año 2Año3

Año4

Año5

Año6

Año7

Año8

Año9

Año10


VPN 51,078,554.45

Las siguientes gráficas muestran verifican el cumplimiento de las restricciones impuestas:

Año Pres. disponible MMBTU/hr disponible Compromiso comercial0 15,000,000.001 5,000,000.00 1000 800,000.002 5,000,000.00 1000 800,000.003 5,000,000.00 1000 800,000.004 5,000,000.00 1000 800,000.005 5,000,000.00 1000 800,000.006 5,000,000.00 1000 400,000.007 5,000,000.00 1000 400,000.008 5,000,000.00 1000 400,000.009 5,000,000.00 1000 200,000.00

10 5,000,000.00 1000 100,000.00


32

Figura 19. Restricciones y condiciones de operación en escenario restringido.


33

Figura 20. Flujo de Caja y cálculo de VPN


34

CONCLUSIONES

• Se observa que de los tipos de aislantes analizados ProRox es que el que ofrece el mejorcosto beneficio en términos de mayor calidad de vapor y más producción cumulativa para elcampo.

• Implementar un proyecto de inyección continua de vapor puede llegar a aumentar en un18% el factor de recobro del campo, mostrando su viabilidad desde el punto de vista técnico.

• En el caso pesimista en que el petróleo este en 35 USD la implementación de inyeccióncontinua de vapor no es viable, presentándose un VPN negativo.

• En un escenario normativo el proyecto es viable financieramente si el precio del petróleo esmayor a 29USD corregido (Brent-14USD).

• Para el caso normativo en que el petróleo este en 55 USD una fracción de los pozos que sonpuestos en producción al inicio del proyecto, deben ser cerrados ya que en un punto detiempo el consumo de energía para la inyección de vapor es muy alta con relación a laproducción de petróleo.

• De acuerdo a la evaluación de los impactos ambientales, la generación del vapor y lacaptación de agua, son las actividades que mayor impacto generan.

• Para un horizonte de 10 años, el proyecto es viable en los escenarios normativo y optimista(41USD y 61 USD con corrección).

REFERENCIAS

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Conesa Fernandez, V. (1993). “guia metodologica para la evaluacion del impacto ambiental.”Mundi-Prensa, Segunda ed.

NG1 Commodity Quote - Generic 1st “NG” Future - Bloomberg Markets. (n.d.). Retrieved April 17,2017, from https://www.bloomberg.com/quote/NG1:COM

Prats, M. (1987). Procesos Termicos de Extracción de Petróleo (Primera Ed).

Satter, A. (1965). Heat Losses During Flow of Steam Down a Wellbore. Journal of PetroleumTechnology, 17(7), 845–851. http://doi.org/10.2118/1071-PA

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