TRABAJO ESPECIAL DE GRADO SISTEMAS DE COMPLETACIN EN PROCESOS TRMICOSEN LA FAJA PETROLFERA DEL ORINOCO Presentado ante la Ilustre Universidad Central de Venezuela Por los Brs. Martelo S. Maria D., Delgado A. Gustavo J Para optar al Ttulo deIngeniero de Petrleo Caracas, 2006 TRABAJO ESPECIAL DE GRADO SISTEMAS DE COMPLETACIN EN PROCESOS TRMICOSEN LA FAJA PETROLFERA DEL ORINOCO TUTOR ACADMICO: Prof. Adafel Rincn TUTOR INDUSTRIAL: Ing. Jess Ernandez Presentado ante la Ilustre Universidad Central de Venezuela Por los Brs. Martelo S. Maria D., Delgado A. Gustavo J Para optar al Ttulo deIngeniero de Petrleo Caracas, 2006 A DIOS que con su infinito amor nos dioLa fortaleza fsica, moral, mental y espiritualPara culminar con xito este trabajo A nuestros padres y familiares Quienes han estado presente en todo momento AGRADECIMIENTOS A la Universidad Central de Venezuela quien nos ha arrullado ensus aulas y pasillos duranteestosaosdeaprendizaje,mostrndonoscadadaladiversidadde pensamientos que convergen en ella y que nos permite formar una visin ms amplia de la vida misma. AlProf.AdafelRincnquienentodomomentonosapoyoconsusconocimientos tcnicos y supo valorar el trabajo realizado. AlIng.JessErnandezdelProyectoMagnaReservas,PDVSA-INTEVEPquien siempretuvounespacioensuagendaparaescucharnosyporlapreocupacin manifiesta para que contramos con la informacin tcnica para la elaboracin de esta investigacin. Al Ing. Adbel Gonzlez del Proyecto Magna Reservas, PDVSA-INTEVEP por todas tus recomendaciones y sugerencias. A la Ing. Wanda Colmenares de la Divisin Exploracin y Reservas del Ministerio de Energa y Petrleo su gua fue de incalculable valor para nuestra investigacin. Al Ing. Pedro Len y la Sra. Estela de la Gerencia de Negocios Faja. CVP-FAJA. Atodosnuestrosamigosycompaerosdelaescuelafueronunapoyoentodosestos aos de estudio. Atodosnuestrosprofesoresdelaescueladepetrleoydelaescuelabsicaquienes hancontribuidoennuestraformacinacadmicayprofesional.Muyespecialmente al profesor Norberto Bueno y al profesor Orlando Mndez, quienes han sido modelo de pasin y amor por la ingeniera. Martelo S., Mara D. Delgado A., Gustavo J. SISTEMAS DE COMPLETACIN ENPROCESOSTRMICOS ENLA FAJA PETROLFERA DEL ORINOCO Tutor Acadmico: Prof. Adafel Rincn. Tutor Industrial: Ing. Jess Ernandez. Tesis. Caracas, U.C.V. Facultad de Ingeniera. Escuela de Ingeniera de Petrleo. Ao 2006, 142 p. Palabras Claves: Faja Petrolfera del Orinoco,Inyeccin Alternada de vapor, Completacin de pozos Resumen.LaFajaPetrolferadelOrinococonstituyeunaenormefuentederecursos energticos.Segnlascaractersticasdelyacimientoydisponibilidadderecursos econmicos; estos pueden ser extrados a travs de procesos de recuperacin trmica. La Inyeccin Alternada de Vapor es usada en la Faja, para la estimulacin de pozos, endondelainyeccindevaporpermiteladisminucindelaviscosidaddelcrudoa travs de la transferencia de energa calorfica. La produccin en caliente del petrleo requiereconsideracionesespecialesenlacompletacin.Loselementosdelpozo debenserelegidosconsiderandolasaltastemperaturasquesegeneran.Lasarenas pococonsolidadasdelaFajarequierendecompletacionesconempaquescongrava paraevitarlosproblemasdearenamientodelpozo.Porotrolado,laeficienciadela estimulacinserelacionaconlacantidaddecalorquesesuministraalaarena petrolfera.Poresto,laestimacindelasprdidasdecaloresimportantepara garantizar el xito del proceso. Entre los parmetros que afectan la eficiencia del proceso de estimulacin, se encuentran:latasadeinyeccindelvapor,eltiempodeinyeccin,lapresinde inyeccin,laprofundidad,elaislantetrmico,calidaddelvapor,nmerodeciclos. En este trabajo se presenta el efecto de estos parmetros enlas prdidas de calor en el pozo,considerandouncasotipodelcampoBare,reaAyacucho(antesHamaca). Obtenindosequealtastasasdeinyeccindevapor,cortostiemposdeinyeccin, tuberasaisladas;disminuyenlasprdidasdecalor.Elefectodeunaislantetrmico en el anular tambin fue tomado en cuenta en los clculos. El nitrgeno gaseoso fue considerado como aislante trmico, a una presin en el anular de 14,7 lpca y 600 lpca. Encontrndosequeelaumentodelapresindelnitrgenoenelanularfavoreceel aumento de la tasa de prdida de calor. NDICE GENERAL PG. CAPTULO I INTRODUCCIN 1.1Objetivo General 3 1.2Objetivos Especficos3 CAPTULO II MARCO TERICO 2.1Cuenca de Maracaibo. 5 2.2Cuenca Oriental..7 2.2.1 Subcuenca de Gurico... 9 2.2.2 Subcuenca de Maturn... 12 2.3 Faja Petrolfera del Orinoco 14 2.3.1 Historia..14 2.3.2 Caractersticas Geolgicas. 15 2.3.3 reas de la Faja.. 16 2.3.4 Caractersticas de la roca 17 2.3.5 Caractersticas del crudo 17 2.3.6 Mecanismos Naturales de Produccin18 2.4 Procesos de mejoramiento de crudos pesados. 18 2.5 Procesos Trmicos... 21 2.5.1 Definicin... 21 2.5.2 Clasificacin de los procesos trmicos... 22 2.5.3 Inyeccin de fluidos calientes.23 2.5.3.1 Inyeccin de agua caliente.. 232.5.3.2 Inyeccin contina de vapor...26 2.5.3.3 Inyeccin alternada de vapor.. 30 2.5.3.4 Drenaje por gravedad asistido con vapor38 2.5.4 Combustin in situ. 41 2.6 Prdidas de calor en el pozo... 44 2.6.1 Mecanismos de transferencia de calor... 44 2.6.1.1 Conduccin 44 2.6.1.2 Radiacin... 45 2.6.1.3 Conveccin 46 2.6.2 Factores que afectan las prdidas de calor 47 2.6.3 Clculo de las prdidas de calor en el pozo... 48 2.6.3.1 Mtodo de Willhite 48 2.6.3.2 Procedimiento de Clculo..55 2.6.3.2.1 Tubera de inyeccin sin aislante...55 2.6.3.2.2 Tubera de inyeccin con aislante..57 2.7 Completacin de pozos.. 61 2.7.1 Definicin. 61 2.7.2 Factores que determinan el diseo de la completacin.61 2.7.3 Clasificacin de los esquemas de completacin... 62 2.7.3.1 De acuerdo al revestimiento..62 2.7.3.1.1 Completacin a hueco abierto62 2.7.3.1.2 Hueco abierto con forro o tubera ranurada...64 2.7.3.2 Segn la configuracin mecnica de los pozos. 67 2.7.4 Completaciones a hoyo revestido con empaque congrava. 69 2.7.5 Completacin tpica para produccin71 2.7.6 Diseo de pozos para procesos trmicos.. 75 2.7.7 Completaciones de pozos para procesos trmicos 76 2.7.7.1 Completacin tpica para la inyeccin de vapor... 78 CAPTULO III METODOLOGA 3.1 Revisin Bibliogrfica... 823.2 Recopilacin y clasificacin de la informacin. 82 3.3 Cuantificacin de prdidas de calor.. 83 3.4 Clculos tipo.. 83 3.5 Graficacin y tabulacin de resultados.. 83 3.6 Anlisis de Resultados... 84 CAPITULO IV ANLISIS DE RESULTADOS 4.1 Diagramas de Completacin... 85 4.2 Estimacin de Prdidas de calor. 92 4.2.1 Caso A...93 4.2.2 Caso B...98 4.2.3 Caso C... 103 4.2.4 Caso D... 109 4.2.5 Caso E... 110 4.2.6 Caso F... 114 4.3 Graficacin de la calidad y prdidas de calor.....115 4.4 Efecto de la variacin de parmetros en las prdidas de calor.. 124 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES137 BIBLIOGRAFA.. 140 ANEXOS ANEXO A PROPIEDADES FSICAS DEL NITRGENO ANEXO B DIAGRAMAS DE COMPLETACIN ANEXO C GLOSARIO DE TRMINOS LISTA DE FIGURAS Y TABLAS Pg. Fig. 1Localizacin de crudos pesados en Venezuela..4 Fig. 2Cuenca de Maracaibo5 Fig. 3Columna estratigrfica de la cuenca de Maracaibo...7 Fig. 4 Cuencas petrolferas de Venezuela....8 Fig. 5Subcuenca de Gurico9 Fig. 6Columna estratigrfica de la Cuenca Oriental...11 Fig. 7Subcuenca de Maturn12 Fig. 8Faja Petrolfera del Orinoco. .16 Fig. 9Esquema AQC a boca de pozo...........................................................20 Fig. 10Inyeccin de agua caliente.24 Fig. 11Inyeccin contina de vapor..29 Fig. 12Inyeccin alternada de vapor.31 Fig. 13Etapas del proceso de inyeccin alterna de vapor.34 Fig. 14Drenaje por gravedad asistida con vapor...38 Fig. 15Ubicacin de los pozos en SAGD..39 Fig. 16Esquema I...40 Fig. 17Esquema II.........................................................................................40 Fig. 18Esquema III40 Fig. 19Completacin a hoyo desnudo...63 Fig. 20Completacin con forro no cementado..65 Fig. 21Completacin con forro liso perforado..66 Fig. 22Completacin tpica de un pozo.73 Fig. 23rbol y Cabezal de produccin con balancn74 Fig. 24Terminaciones convencionales y selectivas..77 Fig. 25Completacin tpica de un pozo inyector de vapor80 Fig. 26rbol y cabezal para inyeccin de vapor...81 Fig. 27Diagrama de Completacin Pozo Vertical Campo San Diego..85 Fig. 28Diagrama de Completacin Pozo Vertical Campo Carabobo87 Fig. 29Diagrama de Completacin Pozo Desviado Campo San Diego88 Fig. 30Diagrama de Completacin Pozo Horizontal Campo San Diego..89 Fig. 31Diagrama de Completacin Pozo Inyector Campo Bare...90 Fig. 32Densidad del Nitrgeno a 14,7 lpca...104 Fig. 33Capacidad Calorficadel Nitrgeno a 14,7 lpca...105 Fig. 34Conductividad trmica a 14,7 lpca.106 Fig. 35Viscosidad del Nitrgeno a 14,7 lpca107 Fig. 36Conductividad Trmica del Nitrgeno a 600 lpca.112 Fig. 37Calor Especfico del Nitrgeno a 600 lpca112 Fig. 38Viscosidad del Nitrgeno a 600 lpca.113 Fig. 39Densidad del Nitrgeno a 600 lpca113 Fig. 40Calidad y prdidas de calor Caso A...117 Fig. 42Calidad y prdidas de calor Caso C...119 Fig. 43Calidad y prdidas de calor Caso D.......121 Fig. 44Calidad y prdidas de calor Caso E...122 Fig. 45Calidad y prdidas de calor Caso F...123 Fig. 46Calidad y prdidas de calor para varias tasas de inyeccinde vapor caso A.. 126 Fig. 47Calidad y prdidas de calor para varias tasas de inyeccinde vapor caso B.. 127 Fig. 48Calidad y prdidas de calor para varias tasas de inyeccinde vapor caso C.. 128 Fig. 49Calidad y prdidas de calor para varias tasas de inyeccinde vapor caso D.. 128 Fig. 50Calidad y prdidas de calor para varias tasas de inyeccinde vapor caso E.. 130 Fig. 51Calidad y prdidas de calor para varias tasas de inyeccinde vapor caso F.. 131 Fig. 52Tasa de prdidas de calor en funcin del tiempo de inyeccincasos A, C, E. 133 Fig. 53Calor perdido en funcin del tiempo de inyeccin casos A, C, E.133 Fig. 54Tasa de prdidas de calor en funcin del tiempo de inyeccincasos B, D, F.. 135 Fig. 55Calor perdido en funcin del tiempo de inyeccin casos B, D, F..135

Tabla 1Reservas Probadas Faja Petrolfera del Orinoco17 Tabla 2Emisividades aproximadas de algunos metales..46 Tabla 3Datos de entrada campo Bare.93 Tabla 4Resultados de lasiteraciones caso A.97 Tabla 5Resultados de lasiteraciones caso B.101 Tabla 6Propiedades del nitrgeno gaseoso.103 Tabla 7Resultados de lasiteraciones caso C.108 Tabla 8Resultados de lasiteraciones caso D.109 Tabla 9Resultados de lasiteraciones caso E..114 Tabla 10Resultados de lasiteraciones caso F..114 Tabla 11Resultados de calidad y prdidas de calor Caso A.116 Tabla 12Resultados de calidad y prdidas de calor Caso B.118 Tabla 13Resultados de calidad y prdidas de calor Caso C.119 Tabla 14Resultados de calidad y prdidas de calor Caso D.120 Tabla 15Resultados de calidad y prdidas de calor Caso E.121 Tabla 16Resultados de calidad y prdidas de calor Caso F.123 Tabla 17Calidad y prdidas de calor para varias tasas de inyeccinde vapor caso A... 125 Tabla 18Calidad y prdidas de calor para varias tasas de inyeccinde vapor caso B... 126 Tabla 19Calidad y prdidas de calor para varias tasas de inyeccinde vapor caso C... 127 Tabla 20Calidad y prdidas de calor para varias tasas de inyeccinde vapor caso D... 128 Tabla 21Calidad y prdidas de calor para varias tasas de inyeccinde vapor caso E... 129 Tabla 22Calidad y prdidas de calor para varias tasas de inyeccinde vapor caso F... 130 Tabla 23Prdidas de calor en funcin deltiempo deinyeccincasosA, C, E 132 Tabla 24Prdidas de calor en funcin del tiempo deinyeccincasos B, D, F... 134 Tabla 25Variacin de la presin de inyeccin para cada caso.136 ___________________________________________________________________________________________ 1 CAPTULO I INTRODUCCIN Laproduccindepetrleomedianteprocesosderecuperacinmejoradapermite recuperar ms petrleo del que se lograra por mtodos primarios. Los mtodos EOR (Enhanced Oil Recovery) de carcter trmico estn siendo utilizados en la produccin decrudospesadosyaquepermiten la reduccin de la viscosidad del petrleo con la finalidad de mejorar su movilidad. Venezuelaanivelmundialeselsegundopasconmayorproduccinmediante procesos EOR, despus de Estados Unidos. Adems cuenta con una reserva probada decrudospesadosyextrapesadosde48,2MMMBlsdistribuidosenloscampos tradicionales de crudos pesados de la Costa Bolvar, en el estado Zulia, los campos al NortedelEstadoMonagasylaFajaPetrolferadelOrinocoenelOrientedelpas.Seestimaquelaproduccindelasreservasdecrudospesadosnoexplotadasdela faja, puede llegar a producir entre 5 y 10 millones de barriles diarios por varios aos, lo cual asegura la produccin futura de petrleoen Venezuela. Laexplotacindeyacimientosdecrudospesadosseharealizadomediantela aplicacindeprocesosdeproduccinenfroconinyeccindediluenteyprocesos trmicos como la inyeccin contina de vapor y la inyeccin alternada de vaporcon perforacinvertical.Sinembargo,lanecesidaddeoptimizarlosesquemasde explotacinhapuestoenejecucinlaproduccinmediantelautilizacindeesquemasdeperforacinnoconvencionales,comosonelhorizontaly los multilaterales. ___________________________________________________________________________________________ 2 La perforacin horizontal es una de las tecnologas ms empleadas actualmente en la industriapetroleramundialyaquepermiteunamayorreadecontactoodedrenaje del yacimiento. Tambin, en procesos de recuperacin mejorada de crudo, este tipo de pozos ha sido usadoenrecuperacintrmicaendondeelreacontactadaporelcaloresmucho mayor que en un pozo vertical. Igualmente la inyeccin alterna de vapor en pozos horizontales como estimulacin de laproduccinporefectosdereduccindelaviscosidaddelcrudoypararemover cualquier dao o taponamiento alrededor del pozo. Laforma de completar un pozo para crudos pesadosque producen en caliente exige unaatencinespecial.Debidoalasaltastemperaturasdeinyeccinsegeneran esfuerzosenelrevestidorquehacenquestetiendaapandearse.Ysilatuberano tieneunbuenaislante,granpartedelcalorinyectadosepierdedisminuyendosu eficiencia con respecto al volumen de petrleo que se quiere calentar. Porestasrazonesymuchasotrasquesedesarrollaranenestetrabajo,surgela necesidadderealizarunestudioquepermitaconcretizarlosparmetrosms importantes involucrados en los sistemas mecnicos de completacin que se utilizan en este gran campo de crudos pesados como es laFaja Petrolfera del Orinoco. ___________________________________________________________________________________________ 3 1.1 OBJETIVO GENERAL Analizar el comportamiento de los sistemas de completacin mecnica utilizados enlaactualidadparalaproduccindecrudospesadosenlaFajaPetrolferadel Orinoco. 1.2OBJETIVOS ESPECFICOS 9 Establecerventajasydesventajasdelosdiagramasdecompletacin mecnicautilizadosenprocesosderecuperacintrmicaparapozosdelos camposBare,SanDiego,Carabobopertenecientesala Faja Petrolfera del Orinoco. 9 Analizar las fallas que se presentan en dichos sistemas de completacin. 9 Estimacindelasprdidasdecalorexistentesenlossistemasde completacin estudiados. ___________________________________________________________________________________________ 4 CAPITULO II MARCO TERICO Venezuelaesunproductordehidrocarburosconunaltoporcentajedereservasen petrleospesados,poseeel66%delasacumulacionesmundialesdeestetipode hidrocarburos, la mayora de ellos en la Faja Petrolfera del Orinoco pero tambin con presenciaimportanteenloscamposdeTaJuana,LagunillasyBachaqueroenla CostaBolvarytambinenelcampoBoscnyMarapesado,enelEstadoZulia.Ver Figura. 1. Figura. 1. Localizacin de crudos pesados en Venezuela20 Caracas Ro Orinoco Campos deCosta Bolvar Lago de Maracaibo Mar Caribe Amrica del Sur Leyenda Campos trad. de Petrleo Pesado Faja del Orinoco OcanoPacifico Ocano Atlntico 0 10 20 30 Km05 10 MillN 50 1000 0 ___________________________________________________________________________________________ 5 El petrleo se generapor el enterramiento de grandes cantidades de materia orgnica encuencassedimentarias,luegodemillonesdeaosestamateriaorgnicaes transformada a travs de procesos fsico-qumicos en hidrocarburos. En Venezuela existen cuatro importantes cuencas: la cuenca de Maracaibo, la cuenca Barinas-Apure,lacuencaOrientalylaCuencadeMargarita.Acontinuacinse describir la geologa de las cuencas de Maracaibo y Oriental en donde se encuentra depositado el petrleo objeto de estudio. 2.1CUENCA DE MARACAIBO12 LaCuencadeMaracaiboeslacuencapetrolferamsimportantedeVenezuela ya que cuenta con una importante diversidad de crudos. Ver Figura. 2. Figura. 2. Cuenca de Maracaibo CUENCA DE MARACAIBO ___________________________________________________________________________________________ 6 La roca madre por excelencia es la Formacin La Luna de edad Cretcico Tardo, cuyasfaciesseextendieronportodaVenezuelaOccidentalhastaColombia.Se han encontrado rocas madre de importancia secundaria en los Grupos Cogollo (MiembroMachiquesdelaFormacinApn)yOrocu(Formacin Los Cuervos). El petrleo fue generado, migrado y acumulado en diversos pulsos, siendo el ms importanteelocurridoduranteellevantamientoandino.Lasprincipalesrocas yacimientoclsticassonlasFormacionesRoNegroyAguardiente(Cretcico), GrupoOrocu(Paleoceno),Mirador-Misoa(Eoceno),LagunillasyLaRosa (Mioceno).VerFigura. 3. Lascalizas(fracturadas)delGrupoCogollo(CretcicoTemprano)constituyen losyacimientoscarbonticosmsrelevantes,mientrasquelossellosregionales ms importantes son las Formaciones Coln (Cretcico Tardo) y Pauj (Eoceno). Localmente,constituyensellosimportanteselMiembroMachiques(Formacin Apn) y las lutitas espesas dentro de las Formaciones ubicadas hacia el centro del LagodeMaracaibo,comoMisoa,LagunillasyLaRosaeinclusosecuencias cercanasalosfrentesdedeformacin,comolaFormacinLenylosGrupos Guayabo (Andes) y El Fausto (Perij). Los principales campos petroleros se encuentran en la costa oriental del Lago de Maracaibo, los que producen principalmente de yacimientos terciarios, como por ejemplo: Cabimas, Ta Juana, Lagunillas, Bachaquero, Mene Grande y Motatn. Enlacostaoesteseencuentrancamposconproduccinimportanteenel Cretcico,ademsdelTerciario;entrelosqueseencuentranelcampode Urdaneta(LagodeMaracaibo)ylosdelFlancoPerijanero,queson,denortea sur: La Concepcin, Mara, La Paz, Boscn y Alturitas. En el centro, los campos seubicanalolargodelaestructuradelsistemadefallasdeLama-Icotea;entre ellos se cuentan: Lago, Centro, Lama y Lamar.___________________________________________________________________________________________ 7 LagravedadAPI(AmericanPetroleumInstitute)deloscrudosesbastante diversa;engeneralloscrudosmslivianosocurrenenyacimientoscretcicos profundosysevanhaciendomspesadosamedidaqueseacercaalos yacimientos terciarios ms someros. Algunos crudos de la costa oriental del lago, por ejemplo, llegan a tener menos de 13 API. Figura. 3. Columna estratigrfica de la cuenca de Maracaibo27 ___________________________________________________________________________________________ 8 2.2 CUENCA ORIENTAL34

LacuencaorientaldeVenezuelaestubicadaenelCentro-EstedeVenezuela, abarcalosestadosGurico,Anzotegui,MonagasyDeltaAmacuro,prolongndosehacia la plataforma Deltana y el Sur de Trinidad. La topografa es una depresin estructural, que limita al norte por la Cordillera de la Costa, al sur por el ro Orinoco, al este por la plataforma del Delta del mismo ro y al oeste por el lineamiento de El Bal. Elreatotaldeestadepresinesde165.000km2,conunalongitudaproximada de 800 Km. en sentido Este-Oeste y un ancho promedio de 200 Km. en direccinNorte-Sur. Ver Figura. 4. Figura. 4. Cuencas petrolferas de Venezuela34 ___________________________________________________________________________________________ 9 Lacuencaorientalhasidodivididaendossubcuencas:LacuencadeGuricoy la de Maturn. 2.2.1SUBCUENCA DE GURICO ComprendeloscamposdelEstadoGuricoypartedelnortedelEstado Anzotegui. El flanco norte de la subcuenca se encuentra asociado al frente dedeformacindondeseubicaelsistemadefallasdeGurico.VerFigura. 5. Figura. 5. Subcuenca de Gurico34 ___________________________________________________________________________________________ 10 Haciaelsurlaestructuraesmssencillaconevidenciasdedepresiones estructurales en las que se conservaron rocas jursicas y paleozoicas y con unacuamientodelassecuenciascretcicasyterciariasenlamisma direccin. Las principales trampas son combinaciones de tipo estructural y estratigrfico.LarocamadreprincipalseasociaalosGruposGuayutay Temblador(Ver Figura. 6). La generacin est asociada al avance de las napas y lleva rpidamente a la ventanadegasporsobrecargatectnica,porlomenosdesdeelEoceno Tardo;deahquelaprincipalacumulacinalsurdelfrentedemontaas seadegasynodepetrleolquido.Noobstantesehapostuladouna migracin cercana a la edad de la formacin de las fallas Mioceno Tardo en la regin de Gurico Central, con caractersticas de materia orgnica de origen marino. EstoreflejalaimportanciadelGrupoTemblador,enloscamposdel EstadoGuricocomopotencialrocamadre.Tambinsehapostuladola generacindehidrocarburosparafnicosapartirdeformaciones yacimiento, como: Roblecito y Oficina. HaciaelsurdelEstadoGuarico,lasunidadescretcicasyterciariasse acuangradualmente,generndosetrampasestratigrficasydesellos asflticos en lo que se ha denominado la Faja del Orinoco, de yacimientos negenos y cuya migracin parece haber ocurrido no solo de norte a sur. Sesuponequeestoscrudosdetiponaftnico-parafnicoseoriginarona partirdeunarocamadrecretcica,ysumigracindedecenasde kilmetrossevifavorecidaporladiscordanciabasaldelterciario (Negeno-Cretcico y Negeno-Basamento). ___________________________________________________________________________________________ 11 Figura. 6. Columna estratigrfica de la Cuenca Oriental34 ___________________________________________________________________________________________ 12 2.2.2SUBCUENCA DE MATURN34 LaSubcuencadeMaturn(VerFigura.7)constituyelaprincipalunidad petrolferadelacuencaOriental.Podraafirmarsequeladeformacin estructuralylosacuamientosdelasunidadesestratigrficashaciaelsur definen dos dominios operacionales: uno al norte del Corrimiento de Pirital y otro al sur. Figura. 7. Subcuenca de Maturn34 La estratigrafa de la Serrana del Interior Oriental representa en buena parte la sedimentacin del flanco norte de la Subcuenca de Maturn: una espesa y complejasecuenciasedimentariaqueabarcadesdeelCretcicoInferior hasta el Pleistoceno. El flanco sur, en cambio, presenta una estratigrafa ms sencilla,semejantealaestratigrafadelasubcuencadelestadoGuricoen elsubsuelo,conelGrupoTembladorensuparteinferior,como representantedelCretcico,yunterciariosuprayacentedeedad fundamentalmente Oligoceno-Plestoceno. ___________________________________________________________________________________________ 13 EnlaserranadelinteriorlarocamadreprincipalseencuentraporelGrupo Guayuta,particularmentelaFormacinQuerecual,lacualllegaatenerms del doble de espesor que su equivalente Formacin la Luna en el Occidente de Venezuela, con similares caractersticas de roca madre. ParaloscamposdelNortedeMonagas,larocamadreporexcelenciadebe habersidocretcica(GrupoGuayuta),aunquenosedescartaelaportede secuenciasmsjvenes,conmateriaorgnicadeafinidadcontinental (la superficie de la Formacin Naricual es muy carbonosa, por ejemplo). Losyacimientosmsimportantessondeedadterciaria;enloscamposdel NortedeMonagasestnconstituidosporlasformacionesCarapita,Naricual, LosJabillosyCaratas.Tambinsehanencontradosbuenosyacimientosen las areniscas de la Formacin San Juan (Cretcico Tardo), y en unidades tan jvenescomolasFormacionesLaPica(Mioceno)yLasPiedras-Quiriquire. Revistenparticularimportancialasestructurasdetipocompresivo,comolas del campo El Furrial, para el entrampamiento de los hidrocarburos. HaciaelsurdelaSubcuencadeMaturn,enloscamposdeOficinaen AnzoteguiysusequivalentesorientalesenMonagas,losyacimientos importantes se encuentran en las Formaciones Merecure y Oficina, con sellos delutitasextensasdentrodeestasmismasunidades;laFormacinFreites suprayacente tambin constituye un sello regional de gran importancia. En su lmitesurtambinincluyelaFajadelOrinoco,conyacimientosnegenosy roca madre cretcica. ___________________________________________________________________________________________ 14 2.3 FAJA PETROLFERA DEL ORINOCO 2.3.1 HISTORIA19 Entrelosaos1939a1954sellevacabounperodointensoenla bsquedadehidrocarburosydesarrollodelaindustriaenlacuencaoriental de Venezuela. Durante ese perodo y hasta 1973, el precio al cual sevendaelpetrleoeramuybajo,locualdeterminquelaexploracin estuviera dirigida a aquellos crudos de extraccin econmica rentable. Enloscampossituadosenlacuencaoccidental,dondelosvolmenesde petrleolivianolocalizadosjustificabaneldesarrollodeunaamplia estructura,seiniciprimerolaexplotacindecrudospesados,yaquelos mismospodanserdiluidosenciertaproporcinconcrudoslivianospara obteneruncrudocuyomanejoytransportepermitasucomercializacin con mrgenes de ganancias aceptables. LaCanoa-1fueelprimer pozo perforado en la Faja del Orinoco, el 07de enero de 1936 por la Standard Oil Venezuela. Se realizaron varios estudios delineando una extensa regin al sur de la cuenca y en una extensa franja al norteyparalelaalroOrinoco,lacualfuellamadaFajaBituminosadel Orinoco. La denominacin de Bituminosa se origin en el hecho de que los registroseinformesdepozoselaboradosporempresaspetrolerassolo indicaban la presencia de Bitumen. Posteriormente,alcomprobarsequeloshidrocarburospresentesaun cuandoerandealtaviscosidad,eranlquidossecambiosunombreaFaja Petrolfera del Orinoco. ___________________________________________________________________________________________ 15 Otrospozosdescubridoresfueron:Suata-1;descubridordelreaprincipal de produccin San Diego, Cerro Negro-1; descubridor del rea principal de produccinCerroNegro,Iguana-1;descubridordelreaprincipalde produccinZuata,ElMachete-1;descubridordelreaprincipalde produccinMachete,Hamaca-1;descubridordelreaprincipalde produccin Hamaca. EnlahistoriarecienteloscamposdelaFajaPetrolferadelOrinoco, Machete,Zuata,HamacayCerroNegrofueronrebautizadoscomoBoyac, Junn, Ayacucho, y Carabobo.

2.3.2 CARACTERSTICAS GEOLGICAS LaFajadelOrinocoseencuentraubicadaenlaparteSurdelaCuenca Oriental de Venezuela y al Norte del ro Orinoco. Abarca una extensin de 55.314km2 comprendida entre los Estados Gurico, Anzotegui, Monagas y Delta Amacuro. La Faja del Orinoco corresponde a un sistema deltaico que genricamente tuvo su origen en los sistemas fluviales del Macizo Guayans. LaplataformaqueseconoceconelnombredelaFajaPetrolferadel Orinoconopresentaplegamientosimportantes,solodeformacionesde pocaimportanciaquehandadoorigenadeclivesmenoresyestrepresentadaporunhomoclinalfalladoconbuzamientosuavehacia el Norte. ___________________________________________________________________________________________ 16 Lacolumnasedimentariaestrepresentadaportresciclos;elprimerose deposit discordantemente sobre el Macizo Guayans y contiene arenas de granosgruesospertenecientesalPaleozoicoSuperior,elsiguiente correspondeaunatrasgresinmarinaocurridaenelCretceoyse caracterizaporareniscasdelgadasconintercalacionesdelutitasen ambientes marinos de poca profundidad. El ltimo ciclo se formdespus deretirarseelmardandoorigenaformacionestransgresivas del Terciario. 2.3.3 REAS DE LA FAJA DEL ORINOCO La Faja Petrolfera del Orinoco comprende cuatro grandes reas de crudos pesadosyextrapesados,denominadasBoyac(antiguamenteconocida comoMachete),Junn(antesZuata),Ayacucho(antiguaHamaca)y Carabobo(antesCerroNegro).Elreaactualenexploracinesde 11.593 Km2. Ver Figura.8.

Figura. 8. Faja Petrolfera del Orinoco20 Recursos Faja 235MMMBlsRESERVAS 37 MMMBls BOYAC JUNNAYACUCHO CARABOBO ___________________________________________________________________________________________ 17 Tabla 1. Reservas Probadas Faja Petrolfera del Orinoco

Tomado de Planes de desarrollo de la Faja Petrolfera del Orinoco 2004-2012. PDVSA. Existeunvolumendecrudoporsercuantificado.ParaVenezuelaes fundamentalincluirestasreservasensucontabilidad.Yaqueexisten 235milmillonesdebarrilesdecrudospesadosyextrapesadosenlaFaja (solo los extrapesados representan 45,7% de las reservas totales del pas y 17%delaproduccinnacionaldecrudo)quesumadosalos78mil millones de barriles de petrleo convencionales, aseguraran unas reservas de 313 mil millones de barriles. 2.3.4CARACTERSTICAS DE LA ROCA1 Porosidad: 11% 35 % Permeabilidad: 700 600 ( mD) Saturacin de petrleo: 42.5% 90% Profundidades: 750' 7000' (b.n.m.) 2.3.5 CARACTERSTICAS DEL CRUDO2 Viscosidad: 1.200 4.500 (cp) Contenido de asfltenos: 10% Relacin gas/petrleo: 20 400 (Pc/bl) Agua y Sedimento: 0.5 20% Presiones de fondo encontradas: 800 1600 (lpc) BOYAC JUNN AYACUCHOCARABOBOTOTAL MMMBLS POES MMMBLS 489 557 87 227 1360 RESERVAS PROBADAS MMMBLS 1 15 6 15 37 ___________________________________________________________________________________________ 18 2.3.6 MECANISMOS NATURALES DE PRODUCCIN Elempujeporgasensolucineselmecanismodeproduccin predominante, es decir, que el crudo se desplazacon su propia energaen elyacimientohastaelpozoproductor,sinembargoenalgunoscasosseha requeridodelainyeccindevaporcomoestimulacinparamejorarsu movilidad,reducireldaodeformacinenlospozosymejorarel recobro de crudo. 2.4 PROCESOS DE MEJORAMIENTO DE CRUDOS PESADOS Existendosvasquepermitenelmejoramientodecrudospesadosmediantela conversindefraccionespesadasalivianas;laadicindehidrgenoyla remocindemolculasdecarbn.Lautilizacindetecnologassinrechazode carbnsedivideentrmicas,comoviscorreduccinydehidrogenacin ehidrocraqueo.Latecnologaderechazodecarbn,talescomocoquizacin retardadayflexicoking,deusoenlasrefinerasvenezolanas,producencomo subproductoimportantescantidadesdecarbnocoqueloculpodralimitarsu aplicacin extensiva. Las ventajas de las tecnologas sin rechazo de carbn es que producen productos mslimpiosquelosdelastecnologasderechazodecarbnypotencialmente mnimos subproductos (azufre y metales, muy poco coque). AQUACONVERSIONResunprocesodemejoramientodecrudospesadosy extrapesadosdesarrolladoporPDVSA-INTEVEP.Esteprocesoescapazde convertir los crudos pesados en crudos sintticos transportables. ___________________________________________________________________________________________ 19 AQUACONVERSION23empleavapordeagua.Tienecomolimitacin importante su baja capacidad de hidrogenacin, pero como ventaja apreciable su capacidaddevapocraquear,transfiriendoelhidrgenonecesarioparasaturarlos enlacesqueserompenenelprocesamientoyproducirportantofracciones livianas, cuyo hidrotratamiento sera ms o menos necesario y convencional. Inclusopuedeadelantarsequeunpequeoniveldehidrogenacinpodra alcanzarsedebidoalapresenciadehidrogenomolecularresultantedel vaporeformado,sobretodosielprocesoseacompaadeunaformulacin cataltica que pueda incluir unafuncin hidrogenante. Estatecnologapermitemejorarlaspropiedadesdeloscrudospesadosy extrapesadosatravsdeprocesoscatalticosconmetales,queenpresenciade vaporpromuevenenelreactorlatransferenciadeloshidrgenosdelaguaala carga pesada (crudo). Deestamaneraelprocesoseorientaaproduciruncrudosintticodemayor calidadencuantoagravedadAPIyviscosidad.Elgradodehidrogenacinque promueve el proceso, es suficientemente alto para saturar los radicales libres que se forman normalmente en las reacciones trmicas y que usualmente conducen a lasindeseadasreaccionesdepolimerizacinquelimitanelgradomximo de conversin. Estahabilidadcolateraldehidrogenacinpermitequeelprocesodeconversin puedaserejecutadoportiempoprolongadodisminuyendolastendenciasala obtencin de productos no deseados. Tpicamente AQUACONVERSION opera a temperaturas entre (400-460) C y presiones (100-200) lpc. ___________________________________________________________________________________________ 20 As cuando las macromolculas de asfaltenos se someten a la reaccin cataltica delprocesodeAQUACONVERSIONenpresenciadevapor,losenlacesdelos hidrocarburosdecadenalargaserompenyformancompuestosestablesms livianos, luego se postula que el vapor de agua se descompone probablemente en oxgenoehidrgenoqueactaenpresenciadelcatalizadorparaqueocurrala hidrogenacinparcialdelcrudo.Enesteprocesolosasfaltenosnoaumentan como si ocurre en el caso de viscorreduccin. En el diagrama a boca de pozo(Ver Figura. 9) se puede observar una descripcin completadel sistema utilizado en este proceso. Figura. 9. Esquema AQC a boca de pozo24 ___________________________________________________________________________________________ 21 2.5PROCESOS TRMICOS 2.5.1DEFINICIN21 Son procesos en los que se inyecta u origina energa trmica(calor) con el fin de aumentar la recuperacin de petrleo. Los procesos de recuperacin trmicasurgendelanecesidaddereducirlaresistenciaalflujoenel yacimiento,atravsdelareduccindelaviscosidaddelosfluidos, aumentando su movilidad y facilitando su salida del subsuelo. Los beneficios que se obtienen con los procesos trmicos son: La reduccin de la viscosidad Mejoranlaeficienciadedesplazamientooeficienciaareal,porefecto de la mejora en al razn de movilidad. Lareduccindelasaturacindepetrleoresidualaconsecuenciade laexpansintrmica,enlaszonasquehansidocalentadas,yaque debidoalasaltastemperaturasgeneradasseproducenprocesos de destilacin y craqueo en el crudo, reduciendo la tensin superficial ylasfuerzas capilares. Estos mtodos de recuperacin se aplican principalmente a los crudos queposeenunaaltaviscosidad(petrleopesado).Losprocesostrmicos puedenserconsideradoscomoDesplazamientosTrmicosoTratamientos deEstimulacinTrmica.Enlosdesplazamientostrmicos,elfluidose inyectaenunnmerodepozosinyectores,paradesplazarelpetrleoy obtenerproduccinpor otros pozos. Por otro lado, en los tratamientos de EstimulacinTrmica,solamentesecalientalapartedelyacimiento cercana a los pozos productores. En este tipo de tratamiento la reduccin de laresistenciaalflujo,tambinpuederesultarenlaremocindeslidos orgnicos o de otro tipo, de los orificios del revestidor o del forro ranurado. ___________________________________________________________________________________________ 22 2.5.2CLASIFICACIN DE LOS PROCESOS TRMICOS Los procesos trmicos de extraccin de petrleo utilizados hasta el presente se clasifican en dos tipos: Inyeccin de Fluidos Calientes Inyeccin cclica o alternada de vapor Inyeccin continua de vapor Inyeccin de vapor con aditivos Inyeccin de un tapn de solventes empujado con vapor Inyeccin continua de agua caliente Inyeccin continua de gas caliente Inyeccin cclica de agua caliente Combustin in situ Combustin convencional o hacia adelante Combustin hmeda Combustin en reversa Sinembargo,estospuedenclasificarseconsiderndoselafuente generadora. Y estospueden ser externos internos. Fuentes Externas de Calor Inyeccin de agua caliente o vapor Explosiones nucleares Inyeccin de electricidad Fuentes Internas de Calor La combustin en el yacimiento Calor geotrmico___________________________________________________________________________________________ 23 2.5.3INYECCIN DE FLUIDOS CALIENTES Losprocesosdeinyeccindefluidoscalientesenvuelvenlainyeccinde fluidospreviamentecalentadosenyacimientosrelativamentefros. Lavariedaddefluidosincluyenlosmscomunescomoelagua(tanto lquidacomoenformadevapor)yelaire,hastaotrosgasesde combustin y solventes. 2.5.3.1 INYECCIN DE AGUA CALIENTE4 Lainyeccindeaguacalienteesprobablementeelmtodo trmicoderecuperacinmssimpleyseguro,ydependiendode lascaractersticasdelyacimiento,puedesereconmicoy ventajoso. Esunprocesodedesplazamientoenelcualelpetrleose desplaza inmisciblemente, tanto por agua caliente como por agua fra.Duranteelproceso,lazonavecinaalpozoinyectorseva calentando y, a su vez,parte del calor inyectado se pierde en las formaciones adyacentes. El agua caliente inyectada suple el calor necesario a expensas de sucalorsensibley,comoconsecuencia,sutemperatura disminuye; adems, como se muevealejndose del pozo inyector ymezclndose con los fluidos a la temperaturaoriginal del yacimiento, se forma una zona calentada en donde la temperatura varadesdelatemperaturadeinyeccin,enelpozoinyector, hasta la delyacimiento a una cierta distancia del pozo inyector. Ver Figura. 10.

___________________________________________________________________________________________ 24 Eltamaodelazonacalentadaaumentaconeltiempo,perosu temperaturasermenorquelatemperaturadeinyeccin. El borde del agua inyectada pierde calor rpidamente, de manera que inmediatamente alcanza la temperatura del yacimiento, por lo que en el borde de este frente de desplazamiento la movilidad del petrleo es la del petrleo no calentado. Porotrolado,laviscosidaddelaguacalienteinyectadaser menor que la correspondiente a una inyeccin de agua fra, lo cual provocaunairrupcinmstempranadelfluidoinyectado.Esto conduceaunmejordesplazamientoenlazonacalentadayaun incremento del recobro final, aun en las zonas donde la saturacin de petrleo residual no disminuye con el aumento de temperatura. Figura. 10. Inyeccin de agua caliente27 ___________________________________________________________________________________________ 25 Los mecanismos de desplazamiento en este proceso son: Mejoramientodelamovilidaddelpetrleoalreducir su viscosidad Reduccin del petrleo residual por altas temperaturas Expansin trmica del petrleo Ventajasy desventajas de la inyeccin de agua caliente Aunqueelaguacalienteescapazdetransportarunamayor cantidaddecalor(entalpa)queelvapor,enbasevolumtrica,en generallainyectividaddevaporesmuchomayorqueladelagua caliente. Pareceserquelainyeccindeaguacalienteserventajosadonde lasformacionestenganunaaltapermeabilidad,suficientepara mantener una tasa de inyeccin alta, con el objeto de minimizar las prdidasdecalor.Adems,comoelincrementodetemperatura logrado con el agua caliente resultar ms efectiva en yacimientos quecontenganpetrleoviscososqueexhibanunagran disminucinenviscosidadparaincrementosdetemperatura pequeos. Lasprdidasdecalorenlaslneasdesuperficieyenelpozo, puedencausarunaseradisminucinenlatemperaturadelagua, mientrasqueenelcasodelvaporsolohabrreduccindela calidad. Debidoaladesventajadelaguacalienteconrespectoalcalor comoagentetransportadordelcalor,laestimulacinconagua caliente se aplicado en pocos casos. ___________________________________________________________________________________________ 26 Por otro lado, la estimulacin con agua caliente podra causar dao alaformacin,debidoalincrementodelasaturacindeagua alrededordelpozo,yalaformacindeemulsionesquepueden reducirsucapacidadproductivaluegoquesedisipenlosefectos trmicos. 2.5.3.2INYECCIN CONTINUA DE VAPOR Esunmtododerecuperacinmejoradausadogeneralmenteen yacimientosagotadosdecrudopesado,dondelaviscosidadesel factorlimitanteparaalcanzarunatasadeproduccincomercial. Este es un mtodo de empuje en arreglos, con pozos de inyeccin yproduccin.Enestecaso,elcomportamientodepende bsicamentedeltamaodelarreglo,yaquelasprdidasdecalor hacialasrocasadyacentespuedenconsumirgranproporcindel calor inyectado. Elvaporseinyectacontinuamenteenelpozoinyector,locual generaenlaformacinunazonadevaporqueavanzaaunatasa siempredecreciente,elreacercanaalpozodeinyeccin comienza a calentarse a temperatura de saturacin de vapor y esta zona se expande hacia el pozo productor. Debido a la alta viscosidad de los crudos existe una tendenciadel vapor de irse a la parte alta del reservorio y esta tendencia limita la penetracindelcalorhacialaszonasinferiores,disminuyendola eficienciadebarridoyenconsecuencialarecuperacin.Aeste fenmeno se le denomina segregacin gravitacional28. ___________________________________________________________________________________________ 27 Elmismosedebealadiferenciadedensidadesentreelfluido inyectadoyelfluidodesplazado.En1982VogelJ.presentun modelosencillodondesesuponequelasegregacines instantnea, y que la principal direccin de crecimiento de la zona calentadaporelvaporesdesdeeltopedelaformacinhaciael fondodelamisma,yqueestosedebe,bsicamente,alespacio dejado vaco por el lquido producido. Estefenmenotienedosconsecuenciasnegativasenla recuperacindepetrleo.Enprimerlugar,lasprdidastrmicas haciaelmedioqueseencuentraporencimadelaformacinson mayores,yaqueelreadetransferenciadecaloresmayor.En segundolugar,elvapornobarretodoelespesordearena petrolfera, dejando tras de s una gran cantidad de crudo. Estudiosrealizadosdemuestranquealaumentarlatasade inyeccin, la segregacin gravitacional disminuye. Estosedebeaquemientraslavelocidaddesegregacinque dependedeladiferenciadedensidades,nosufrealteraciones,la velocidaddelfluidoenladireccinhorizontal(velocidadde inyeccin)aumenta.Esteaumentoenlavelocidaddeinyeccin hacequeelvaporpenetremsenlaformacinantesdetener tiempo de segregarse.Con respecto a la presin de inyeccin esta no afecta mayormente la forma del perfil de desplazamiento. Sinembargo,sehaobservadoqueparaunamismatasade inyeccinelvolumencalentadoaumentaamedidaquelapresin disminuye.Estosedebeaquelaenergalatentedelvapor inyectado disminuye a medida que la presin aumenta.___________________________________________________________________________________________ 28 Los efectos sobre el frente de desplazamiento se reproducen en el volumeninvadidoporelvaporyesteasuvezesunamedidadel fluidodesplazado.Porotroladoamayortasadeinyecciny paraunamismacantidaddeenergainyectada,elvolumen porosoinvadidoesmayor.Ydespusqueelvaporhallegadoalpozoproductorlatasadecrecimientodelvolumeninvadido tiendea anularse. Afindesuplirlasprdidasdecalor,cuandoocurrelarupturadel vapor se debe reducir la tasa de inyeccin del vapor hasta un valor conveniente.Otrasmedidaspuedenincluirintervalosdecierrede laproduccindevapor,larecompletacindepozosy,an, perforarproductoresinterespaciados.Unpocomstardese descontinaelvaporyseinyectaaguacalienteofra,olos inyectoressecierran,mientrasquelosproductoressemantienen abiertos. Ver Figura. 11. ___________________________________________________________________________________________ 29 INY. DE VAPOR PROD. DE PETRLEOINY. DE VAPOR PROD. DE PETRLEO Figura. 11. Inyeccin contina de vapor27 Lainyeccincontinuapermitemayorestasasdeinyeccinde vaporquelainyeccinalternada;estaventajacontrarrestalabaja eficienciatrmica.Frecuentementeeseconmicoaplicar inyeccin continua despus de una recuperacin inicial cclica.

El recobro de petrleo por inyeccin continua de vapor puede ser alto,porencimadel50%enmuchoscasos,perolarelacin petrleo-vaporesmsbajaqueladeinyeccincclicadevapor debido a que las prdidas de calor son mayores. ___________________________________________________________________________________________ 30 Unadelassolucionespropuestasparaelproblemadela segregacingravitacional,eslainyeccindeaditivosque promuevanlacreacindeespumaenelmedioporoso,afinde aumentar la viscosidad aparente de la fase gaseosa. La espuma produce una restriccin al flujo en la zona ya invadida porelvapor,desviandoelflujodelmismohaciazonasconaltas saturacionesdelpetrleo,haciendocrecerelvolumendeyacimiento calentado. 2.5.3.3INYECCIN ALTERNADA DE VAPOR LainyeccinalternadadevaporfuedescubiertaaccidentalmenteenVenezuelaenelao1957,cuandolaempresaShellOil Company desarrollaba una prueba de inyeccin continua de vapor en el campo Mene Grande6. Estemtodoconsisteeninyectar,enundeterminadopozo,un volumenpreestablecidodevaporporunperodoquevadeunaa tressemanas. Despus de la inyeccin, se cierra el pozo y se deja en remojo por unos pocos das. De esta manera se induce calor a la formacin,elcualporconduccinoconveccinestransferidoa cierta distancia del pozo por los constituyentes del yacimiento. Elvaportransfieresucaloralyacimientoprovocandouna disminucindelaviscosidad,locualmejoralamovilidadypor tanto aumenta la produccin. Ver Figura. 12. ___________________________________________________________________________________________ 31 Despusdelainyeccindevaporelpozoproduciraunatasasuperioralatasaquetenaenfro,duranteuntiempoquese estimaentre4y6mesesoms,paraluegodeclinaralatasa original(en fro). Cuandosereinicialaproduccinlospozosrindenmsportres razones: Menos viscosidad del crudo caliente Drenaje por gravedad estimulado por el frente de vaporEmpuje neumtico ocasionando por la expansin de vapor Figura. 12. Inyeccin alternada de vapor27 ___________________________________________________________________________________________ 32 Elnombredelmtodosedebeala alternabilidadqueexisteentre las etapas de inyeccin de vapor y de produccin de petrleo en un mismopozo.Lasfasesdeinyeccin,remojoyproduccin,yel tiempoqueduranconstituyenloquesellamauncicloenel proceso,porloquetambinseledenominaInyeccinCclicade Vapor o Remojo con Vapor. Elciclo,tambinconocidocomohuffandpuff,puederepetirse hastaquelarespuestaresultemarginaldebidoaladeclinacinde lapresindelyacimientoyelaumentodelaproduccindeagua. Estemtodoseaplicaenyacimientosdecrudospesadospara aumentar el recobro durante la fase de produccin primaria. Duranteestetiemposeayudaalaenerganaturaldelyacimiento porqueelvaporreducelaviscosidaddelpetrleo,facilitandosu movimiento a travs de la formacin y aumentando la produccin de los pozos. El procedimiento en el campo se puede describir en tres etapas: Etapa de Inyeccin: Se inyecta vapor durante 2 o 3 semanas a travsdeunpozo(inyector-productor),latasadeinyeccin debeserlamximaposibleconelfindeevitarque lasprdidasdecalorduranteestaetapaseanelevadasy minimizareltiempoqueelpozoestsinproducir;tambin paralograrelmximoradiocalentadoylamxima temperatura en la zona calentada. ___________________________________________________________________________________________ 33 Paradeterminarlacantidadptimadevaporainyectarpor cicloenlospozosdeunproyecto,debetenerseencuentatodoslosfactoresqueintervienenenlarespuestaala inyeccindevapor,comosonlaviscosidaddepetrleo, espesordelasarenas,distribucinverticaldelvapor,presin del yacimiento, saturacin el petrleo, saturacin de agua, etc. EtapadeRemojo:Secierraelpozodurante1a5daspara que el vapor ceda su calor a la formacin. El tiempo de remojo setomadeacuerdoalaexperienciadelcampo,porloquese puede recomendar lo siguiente: Sielyacimientotieneactivoslosmecanismosdeproduccin primaria y suficiente presin se recomienda dejar un tiempo de remojo suficiente, para que el vapor ceda calor al yacimiento. Si el yacimiento tiene poca presin, se recomienda dejar poco tiempoderemojoconelfindeutilizarelaumentodepresin delyacimientoenlascercanasdelpozoparaempujarel petrleo hacia el fondo de los pozos. EtapadeProduccin:Seabreelpozoaproduccin; inicialmenteelpozovaaproduciraguacalienteyvapor,al cabo de una a dos semanas puede empezar a producir petrleo caliente, en mayor cantidad que la produccin de petrleo fro queestabaproduciendoelpozoantesdelaestimulacincon vapor.Laetapaterminacuandolatasaalcanzavalores similaresalatasaqueproduciraelpozoenfro.VerFigura. 13. ___________________________________________________________________________________________ 34 PERIODO DE INYECCIN (SEMANAS) VAPOR DE AGUA AGUA PETRLEO PERIODO DE REMOJO (DIAS) PERIODO DE PRODUCCIN Figura. 13. Etapas del proceso de inyeccin alterna de vapor27 LosparmetrosqueintervienenenelprocesodeIAVsehan divididotradicionalmenteendosgrandesgrupos:loscontrolables ynocontrolables.Estosltimossonlosasociadosalpozoo yacimiento y entre los ms determinantes en la IAV estn: presin delyacimiento,espesordelaarena,permeabilidaddela formacin,viscosidadygravedadAPIdelpetrleo,tamaodel acufero y del yacimiento, heterogeneidad del yacimiento, volumen del petrleo a drenar y caractersticas humectantes de la roca y su variacin con temperatura. ___________________________________________________________________________________________ 35 Entreloscontrolablessepuedemencionarlacalidaddelvapor, tiempo de remojo, frecuencia,nmeroyduracindelosciclosyelvolumendevaporainyectar30.Lastoneladasdevapor quesehandeinyectarparaobtenerelmximorendimiento,tantoenergticocomoeconmicorepresentanunagran incertidumbrealmomentodepredecirelcomportamientode produccin de un pozo. Elndicepromedioaplicadohastaahora,tantoenelrea tradicional de crudos pesados en el sur de Anzotegui como en la Faja Petrolfera del Orinoco es de 55 ton/pie. (Reina, M. 1989) EnlosprocesosdeIAV,elnmerodeciclosdependedela experienciaquesetengadepozosvecinosaloscualesseha aplicadoestemtododerecuperacinydelarespuestadelpozo durante el primer ciclo.

La inyeccin cclica de vapor tiene su mejor aplicacin en crudos altamenteviscosos,conunbuenempujedelyacimiento. Generalmente,elcomportamiento(estoes,laraznpetrleo-vapor:pie3depetrleoproducidoporpie3devaporinyectado) declina a medida que se aumentan los ciclos, lo cual no se realiza si ocurren fracturas. La recuperacin de petrleo frecuentemente es baja, ya que slo se afectaunapartedelyacimiento.Paramejorarlaeficienciadela InyeccinAlternadadeVaporsehautilizadola inyeccindeaditivosenesteproceso,comolossolventes, surfactantes, etc.___________________________________________________________________________________________ 36 Losaditivospermitemejorarladistribucinradialdelvapor, disminuirlatensinsuperficialeinterfacialdelasfases involucradas,prevenirlaformacindeemulsiones,mejorarla inyectividadyfinalmenteremoverlosdaosremanentesde perforacin y terminacindel pozo, logrando con ello incrementar la produccinadicional por ciclo30.

Pruebasdelaboratorioestablecenquelossolventes deben ser usados en concentraciones mayores que los surfactantes. Sinembargo,existeunaposibleprecipitacindeasfltenosque hayquetomarencuenta.Otrofactorquedelimitalatasade inyeccin de solvente es su elevada movilidad en el medio poroso yalinyectarloengrandesconcentracionessepodragenerar canales preferenciales incontrolados. Elusodesolventescomoaditivosalvaporparamejorarsu efectividad, puede llegar a ser el mtodo de recuperacin mejorada de crudo de mayor uso debido a que el crudo extrapesado se diluye normalmente por razones de levantamiento, separacin, transporte ycomercializacin,porlotantoenesteprocesoseesta adelantandoladilucindelcrudo,inyectandoeldiluente directamente al yacimiento.(Rosales, M. 1987) Loscriteriosparaseleccionarelyacimientoparaejecutarun proyecto de inyeccin de vapor, en general son los siguientes3: POES:Elpetrleoensitiodebeserdelorden1200bls/acre-pieo ms,conlafinalidaddequeelproyectoseaeconmicamente rentable. ___________________________________________________________________________________________ 37 Permeabilidad:debeseraltaparapermitirlarpidainyeccindel vapory una tasa de flujo de petrleo hacia el pozo. La gravedad API: 8 a 15 API. Profundidad: la mxima profundidad prctica es de 3000 pies, an cuando son preferibles profundidades menores, ya que las prdidas decalorenelpozosonmenoresylaspresionesdeinyeccin requeridas sern tambin menores. Tasadeinyeccin:debeseralta,conlafinalidaddeinyectarel calorrequeridoenelmenortiempoposible.Deestaformase disipa menos calor. Espesor de la arena: debe ser mayor de 20 pies. Unfactorimportantedelainyeccinalternadadevaporeslacuantificacindelosvolmenesdeaguaproduciday/o retenida en la formacin. Esta tecnologa (IAV) tiene la particularidad de que solo una parte delaguainyectadacomovaporesproducida,locualimplicaque unagrancantidadsequedaenelyacimiento(cercadel50%), formandozonasdealtasaturacinalrededordelospozos productores. (Reina, M. 1989)

Elaguaremanenteenelyacimientoocasionareduccinenlos recobros finales de hidrocarburos despus de varios ciclos, debido a que la alta saturacin creada, absorbe gran cantidad del calor que sesuministraenciclosposteriores,yelradiodelaformacin calentada ser menor a los previsto, restando eficiencia al proceso y aumentando los costos.___________________________________________________________________________________________ 38 2.5.3.4DRENAJEPORGRAVEDADASISTIDOCONVAPOR (SAGD) Butlerdesarrollesteprocesoespecficamenteparala recuperacininsitudelbitumendelasarenaslutticas petrolferas.Elprocesoseaprovechadelasegregacinvertical delvapor(VerFigura.14)atravsdeunpardepozos horizontales,conelpozoproductorhorizontallocalizadoenel mismo plano vertical. Ver Figura. 15. Figura. 14. Drenaje por gravedad asistido con vapor10 ___________________________________________________________________________________________ 39 Figura. 15. Ubicacin de los pozos en SAGD27 Elpozosuperioreselinyectoryelpozomsprofundo,el productor.Elobjetivoesintroducirelvaporcontinuamentey removerelvaporcondensadoquesevaformandojuntoconel petrleo que se va calentando. Elvaporseintroducecercadelfondodelyacimientoytiendea elevarse, mientras que el petrleo calentado tiende a caer hacia el fondo.Lacmaradevaporquesevaformandoencimadel productor,semantieneaunapresinconstantedurantetodoel procesoyestrodeadaporlaarena petrolferafraatravsdela cual fluye el vapor hacia la interfase y se condensa; esto permite que el petrleo drene por gravedad hasta el pozo productor. Enestemtodoexistendiferentesesquemasdearreglosdelos pozos. A continuacin se presentan algunos de ellos: INYECTOR PRODUCTOR VAPOR ___________________________________________________________________________________________ 40

Figura. 16. Esquema I

Figura. 17. Esquema II Figura. 18. Esquema III INYECTOR PRODUCTOR VAPOR INYECTORES PRODUCTOR VAPOR VAPOR INYECTOR / PRODUCTOR ___________________________________________________________________________________________ 41 2.5.4COMBUSTION IN SITU La combustin in situ o invasin con fuego, es un mtodo nico debido a que una porcin del petrleo en el yacimiento (cerca del 10%) se quema paragenerarelcalor,obtenindoseunaaltaeficienciatrmica.Elprincipiodelacombustininsituconsisteenlarealizacindeun proceso de combustin en una formacin impregnada de crudo, ya que el crudopresentalapropiedaddeoxidarsefcilmentedandolugara reaccionesexotrmicas,inyectandoaire,paraquemarpartedelcrudoy generarenergacalorficasuficienteparafacilitarlaproduccindelas fracciones no quemadas. Existentrestiposdeprocesosdecombustinenelyacimiento. ElprimeroesdenominadaCombustinConvencionalohaciadelante, debidoaquelazonadecombustinavanzaenlamismadireccindel flujo de fluidos;en el segundo, denominado Combustin en reverso o en contracorriente,lazonadecombustinsemueveendireccinopuestaa ladelflujodefluidos.Eltercertipoeslacombustinhmeda,mejor conocidacomoprocesoCOFCAW,enelcualseinyectaaguaenforma alternadaconelaire,crendosevaporquecontribuyeaunamejor utilizacin del calor y reduce los requerimientos de aire. Esteprocesoseiniciageneralmentebajandouncalentadoroquemador que se coloca en el pozo inyector. Luego se inyecta aire hacia el fondo del pozo y se pone a funcionar el calentador hasta que se logre el encendido. Despusquesecalientanlosalrededoreselfondodelpozo,sesacael calentador, pero se contina la inyeccin de aire para mantener el avance del frente de combustin. ___________________________________________________________________________________________ 42 Paraseleccionarelyacimientoparaaplicarunprocesodecombustinin situ3. Contenido de petrleo: dado que el frente de combustin puede consumir alrededor de 300 Bl/acre-pie de petrleo inicial, al menos 600 Bl/acre-pie depetrleodebenestarpresentesenelyacimiento.Estoimplicauna porosidad del orden del 20% y una saturacin de petrleo del 40%. Espesor:elespesordelaarenanetanodebeexcederlos50pies. Espesores mayores requieren suficiente inyeccin de aire para mantener el frente de combustin movindose a una velocidad de 0,25 pies/das. Profundidad:laprofanidaddelpozodebesermayorde2000pies. Operacionesenyacimientosprofundosresultanenpozosaltamente costosos,comotambinengastossustancialesenlacompresindelaire, porloquelascondicioneseconmicaspuedenimponerprofundidades prcticas del orden de 2500 a 4500 pies. Gravedad del petrleo: en general, petrleos de gravedades mayores de 40 API no depositan suficiente coque (combustible) para mantener un frente de combustin. Por otro lado, petrleos de gravedades menores de 8 API songeneralmentemuyviscososparafluirdelantedelfrentede combustincuandolatemperaturadeyacimientoprevalecesobrela temperaturadecombustin.Larecuperacindepetrleodegravedades extremadamente bajas pueden ser posibles por medio de la combustin en reverso, donde el petrleo producido fluye a travs de la zona calentada y su composicin es estructuralmente alterada. ___________________________________________________________________________________________ 43 Permeabilidad:cuandolaviscosidaddelpetrleoesalta(unyacimiento con un petrleo de 10 API), una permeabilidad mayor de 100 md podra sernecesaria,especialmentesielyacimientoessomeroylapresinde inyeccin es limitada. Un crudo de gravedad entre 30 y 35 API a una profundidad de 2500 pies, puederesponderaunprocesodecombustininsitu,ancon permeabilidades tan bajas como de 25 a 50 md. Tamaodelyacimiento:dependiendodelespesordelaarena,eltamao del yacimiento, podra ser aproximadamente de 100 acres. Criteriosdediseoparalaseleccindelyacimientoenunprocesode combustin in situ Espesor de la arena, pies > 10 Profundidad, pies> 500 Porosidad, %> 16 Permeabilidad, md> 100 Gravedad, API 250 ___________________________________________________________________________________________ 44 2.6 PRDIDAS DE CALOR EN EL POZO3 Segn Ramey (1965), las prdidas de calor en un sistema de inyeccin empiezan enlaunidadtrmicaofuentedecalor(calderas),conlassubsecuentesprdidas decalorenlaslneasdeinyeccindesuperficie,enelcabezaldeinyeccin,el pozo y finalmente en la formacin y en los estratos adyacentes. 2.6.1MECANISMOS DE TRANSFERENCIAS DEL CALOR Losmecanismosbsicosdetransferenciadecalorson:conduccin, radiaciny conveccin. 2.6.1.1CONDUCCIN Eslatransferenciadecalordeunapartedeuncuerpoaalta temperatura, a otra parte del mismo, a menor temperatura, o de un cuerpoaaltatemperaturaaotrocuerpoamenortemperatura,en contacto fsico con l. Laley fsica que describe el calor por conduccin se conoce como la primera Ley de Fourier, propuesta en 1822, y viene dada por:

xTKAQHc = (Ec. 1) donde: Qc = Tasa de flujo de calor por conduccin en BTU/h A= rea a travs de la cual ocurre el flujo en pie2

xT= Gradiente de temperatura en F/pie KH= Conductividad trmica del material enF pie hBTU . ___________________________________________________________________________________________ 45 2.6.1.2RADIACIN Eselprocesoporelcualelcalorestransferidoporondas electromagnticas.Laecuacinbsicafuedescubierta empricamenteporStefanen1879yderivadatericamentepor Boltzmann en 1884, y viene dada por: ( )4*24*1T TAQr = ;*1T >*2T (Ec. 2) donde: Qr/A=Tasa de flujo de calor por radiacin en BTU/h A=reaatravsdelacualocurreelflujodecaloren pie2 = constante de Stefan-Boltzman (=0,1713 4 2F pie hBTU o1,355x10-124 2K cm segcal ) T1* =Temperaturaabsolutadelcuerpoamayor temperatura en RT2* =Temperaturaabsolutadelcuerpoamenor temperatura en R = la emisividad de la superficie. Laemisividadesunamedidadelahabilidaddeunasuperficiede absorber radiacin. Las emisividades son adimensionales e iguales omenoresquelaunidad,ydependendelanaturalezadela superficie. ___________________________________________________________________________________________ 46 Tabla 2. Emisividades aproximadas de algunos metales METALTEMPERATURA (F)EMISIVIDAD () Aluminio oxidado400 -1.1000,11 0,19 Aluminio no oxidado400 -1.1000,04 0,08 Hierro, acero oxidado400 -1.1000,75 0,95 Hierro, acero no oxidado350 -1.2000,05 0,30 Acero inoxidable75 - 2100,07 0,30 Acero pulido430 1.6000,05 0,06 2.6.1.3CONVECCIN Es la transferencia de calor desde una superficie hacia un fluido en movimiento(odelfluidoenmovimientohacialasuperficie)en contactoconella,odeunapartedeunfluidoenmovimientoa mayortemperaturahaciaotrapartedelmismofluidoamenor temperatura. Sielmovimientodelfluidosedebealaaplicacindealguna fuerza(bomba,abanico,etc.),sedicequeexisteconveccin forzada. Si el fluido se mueve por diferencia de densidades debido a diferencias de temperaturas, se dice que hay conveccin libre. En ambos casos, la transferencia de calor viene dada por: s f ccT T hAQ =(Ec. 3) Donde: Qc = La tasa de flujo de calor por conveccin en BTU/h ___________________________________________________________________________________________ 47 A = rea a travs de la cual ocurre el flujo de calor en pie2

hc =Coeficientedetransferenciadecalorporconveccin enF pie hBTU 2 Tf = Temperatura del fluido en F Ts= Temperatura de la superficie en F Seescogevalorabsolutoparatomarencuentaelflujode calor delfluido hacia la superficie o de la superficiehacia el fluido, segn Tf sea mayor o menor que Ts. 2.6.2FACTORES QUE AFECTAN LAS PRDIDAS DE CALOR El ltimo punto de prdidas de calor en un sistema de lneas de inyeccin, se encuentra en el pozo. Los principales factores que afectan las prdidas de calor en el pozo son:(a)el tiempo de inyeccin(b)la tasa de inyeccin(c)la profundidad del pozo(d)la presin de inyeccin en el caso de vapor saturado (e) lapresinytemperaturadeinyeccinenelcasodevaporsobrecalentado. 2.6.3CLCULO DE LAS PRDIDAS DE CALOR EN EL POZO Por lo general para calcular las prdidas de calor en un pozo de inyeccin se plantea las siguientes suposiciones: ___________________________________________________________________________________________ 48 (a) Elvaporseinyectaporlatuberadeproduccinoinyeccina temperatura, presin, tasa y calidad constantes. (b)Elespacioanular(tuberadeinyeccin-revestidor)seconsidera lleno de aire a baja presin. Sin embargo, se puede utilizar tambin Nitrgeno en el espacio anular que con llevara al planteamiento de ecuaciones propias de este gas para el clculo de sus propiedades. (c) La transferencia de calor en el pozo se realiza bajo condiciones de flujocontinuo,mientrasquelatransferenciadelcalorenla formacin es por conduccin radial en flujo no continuo. (d) Dentrodelatuberadeinyeccin,loscambiosdeenergacintica ascomocualquiervariacinenlapresindelvapordebidoa efectos hidrostticos y aprdidas por friccin son despreciables. (e)Se desprecia la variacin de la conductividad y difusividad trmica de la tierra con profundidad. 2.6.3.1 METODO DE WILLHITE ElmtododeWillhite esposiblementeelmsrigurosoydefcil aplicacin.Estesefundamentaenelusodeuncoeficientede transferencia de calor total para un sistema formado por el espacio anular,lastuberasdeinyeccinyrevestimiento,elcementoyel aislanteencasoqueexista.Basadoenestesistema,Willhite desarrollexpresionesparaestimarelcoeficientedetransferencia de calor total. Estas expresiones son:

( )1ln ln1ln((((((

||.|

\|+||.|

\|+++||.|

\|+ =hcemcohtohscicotor c hstitotof titotoKrrrKrrrh h Krrrh rrU(Ec. 4) ___________________________________________________________________________________________ 49 Paraelcasodetuberadeinyeccinaisladaconunaislantede espesorrins, pulg, y conductividad trmica Khins,F pie hBTU . ( )1ln ln' 'ln ln((((((

||.|

\|+||.|

\|+++||.|

\|+||.|

\|+ =hcemcohtohscicotor c instohinstoinstohstitotof titotoKrrrKrrrh h rrKrrrKrrrh rrU (Ec. 5) Las expresiones de Uto dadas por las ecuaciones (4) y (5), fueron desarrolladasconsiderandolossiguientesmecanismosde transferencia de calor: conveccin forzada desde el vaporhacia la superficie interna de la tubera de inyeccin, conduccin a travs delasparedesdelatuberadeinyeccinyderevestimiento,del aislanteydelcemento,yconveccinlibreyradiacinenel espacio anular. Lostrminosusadosenlasecuaciones(4)y(5)sondefinidos como sigue: rti: radio interno de la tubera de inyeccin, piesrto: radio externo de la tubera de inyeccin, pies rins: radio hasta la superficie externa del aislante, pies rci: radio interno del revestidor, pies rco: radio externo del revestidor, pies rh:radio del hoyo del pozo, pies Khins: conductividad trmica del aislante,F pie hBTU . Khs :conductividadtrmicadelmaterial(acero)delcualest construida la lnea, F pie hBTU . Khcem:conductividad trmica del cemento, F pie hBTU ___________________________________________________________________________________________ 50 hf : coeficiente de pelcula (film coefficient) de transferencia de calorocoeficiente de condensacin entre el fluido fluyendo y la superficie interna de la tubera de inyeccin, F pie hBTU 2. hr:coeficiente de transferencia de calor por radiacin entre la superficie externadela tuberadeinyeccinylainternade revestimiento, F pie hBTU 2. hc:coeficiente de transferencia de calor por conveccin natural entre la superficie externa dela tuberadeinyecciny la internade revestimiento, F pie hBTU 2. hr:coeficientedetransferenciadecalorporradiacinentrela superficieexternadelaislanteylainternaderevestimiento, F pie hBTU 2. hc:coeficientedetransferenciadecalorporconveccin natural entre lasuperficieexternadel aislante y la internade revestimiento,F pie hBTU 2 Al igual que en lneas de superficie, los trminos conteniendo hf y Khs,puedendespreciarsedelasecuaciones(4)y(5),locual implica suponer que: Ts Tti y queTci Tco respectivamente. Los coeficientes de transferencia de calor por radiacin hr y hr se evalan de acuerdo a la ecuacin de Stefan-Boltzmann: hr= (T*to2 + T*ci2) (T*to+ T*ci)(Ec. 6) ___________________________________________________________________________________________ 51 donde es el factor de forma (o factor de vista), el cual depende de la geometra de los cuerpos y que relaciona la radiacin emitida por un cuerpo, que es interceptada por el otro, y viene dada por:

111 1((

||.|

\| + =ci citotorr (Ec. 7) donde to y ci son las emisividades de la superficie externa de la tubera de inyeccin y de la interna de revestimiento. Por otro lado, si la tubera de inyeccin est recubierta de aislante, hr= (T*ins2 + T*ci2) (T*ins+ T*ci)(Ec. 8) siendo : 111 1((

||.|

\| + =ci ciinsinsrr (Ec. 9) donde,insserefierealaemisividaddelasuperficieexternadel aislante, y los otros trminos ya fueron previamente definidos. Loscoeficientesdetransferenciadecalorporconveccinnatural hcyhcsepuedenevaluardeacuerdoavaloresexperimentales correlacionadosmedianteanlisisdimensional.Lasecuaciones desarrolladas para su evaluacin son las siguientes: ___________________________________________________________________________________________ 52

( ) ( )||.|

\|=tocitohanrrrGr KhclnPr Pr 049 , 0074 , 0 333 , 0(Ec. 10) con, ( ) ( )||.|

\| =22 3anci to an an to ciT T g r rGr (Ec. 11) y,hanan panKc = Pr (Ec. 12) y, con aislante ( ) ( )||.|

\|=insciinshancrrrGr KhlnPr Pr 049 , 0074 , 0 333 , 0' (Ec. 13) con,( ) ( )22 3anci ins an an ins ciT T g r rGr = (Ec. 14) y, hanan panKc = Pr (Ec. 15) donde: ___________________________________________________________________________________________ 53 Khan:conductividad trmica del fluido en el espacio anular, a temperaturaypresinpromediodelfluidoenelanular, F pie hBTU an:viscosidad del fluido en el espacio anular, a temperatura y presin promedio del fluido en el anular,h pielb. an:coeficiente de expansin trmica del fluido en el espacio anular, atemperatura y presin promedio en el anular, F-1. an:densidaddelfluidoenelespacioanular,atemperaturay presin promedio del fluido en el anular,3pielb. cpan:calor especfico del fluido en el espacio anular, a temperatura y presin promedio en el anular, F lbBTU. g: constante de gravedad, 4,17x108 hpie2 Una vez evaluado el coeficiente de transferencia de calor total Uto,latasadetransferenciadecalorQ(hBTU)desdeelinteriordela tuberadeinyeccinhastalainterfasecemento-formacin,puede evaluarse mediante: Q= 2rto UTO (TS-Th)L(Ec. 16) EnvistadequeelvalordeThnoseconoce,esnecesario considerarlatransferenciadecalorhacialaformacin,paraas ___________________________________________________________________________________________ 54 relacionarla con Te, la temperatura original de la formacin (o sea,en una zona alejadadel pozo). Dadoquelatransferenciadecalordesdelainterfasecemento-formacinalaformacinserealizabajocondicionesdeflujono continuo, se hace necesario resolver la ecuacin de difusin: tTrTr rT=+1 122(Ec. 17) a fin de determinar la distribucin de temperatura. Ramey,resolvilaecuacin(18)paraobtenerladistribucinde temperatura en funcin de r (distancia radial del pozo) y t (tiempo deinyeccin).Unavezsustituidaestasolucin,laecuacinpara calcularlatransferenciadecalorentrelainterfasecemento-formacin y la formacin es la siguiente:

) () ( 2t fL T T KQe h he =(Ec. 18) donde: Te:temperatura original de la formacin, F. Khe:conductividad trmica de la formacin, F pie hBTU f(t): funcin transitoria de calor, adimensional. Lafuncinf(t)puedeserobtenidadelassolucionespara conduccindecalorradialdeuncilindrodelongitudinfinita. ___________________________________________________________________________________________ 55 Talessolucionessonpresentadasenmuchostextossobre transmisin de calor, y son anlogas a las soluciones transitorias de flujo de fluidos usadas en ingeniera de yacimientos.

29 , 02ln ) ( =hrtt f (Ec. 19) donde::difusividad trmica de la tierra,hpie2 T: tiempo de inyeccin, horas rh: radio del hoyo del pozo, pie 2.6.3.2 PROCEDIMIENTO DE CLCULO Dado q el valor de Uto (hr, hr, hc, hc), depende de las temperaturas Tto, TinsyTci,lascualesnosonconocidas,elprocedimientoparaevaluar Uto y luego Q es un proceso de ensayo y error, diferente de acuerdo a si existe o no aislante. A continuacin se presentan ambos casos. 2.6.3.2.1 TUBERIA DE INYECCIN SIN AISLANTE En este caso, el procedimiento a utilizar es como sigue: Igualandolasecuaciones(16)y(18)ydespejandoTh,se obtiene: to toheto toe heshU rKt fU rT Kt f TT++=) () ( (Ec. 20) ___________________________________________________________________________________________ 56 lacualrelacionaThconTeyTs,temperaturasconocidaso estimables. En vista de que hr y hc dependen de Tto y Tci, se hacenecesariorelacionarestastemperaturasconvalores conocidos (Ts Te) calculables (Th). Alconsiderardespreciablelostrminosquecontienenhf y Khs se tiene que: Tti Tto Ts y que Tco Tci. El valor de Tco se puede relacionar con Th, considerando la transferencia de calor a travs del cemento, la cual viene dada por:

||.|

\| =cohh co hcemrrL T T KQln) ( 2 (Ec. 21) Igualando (16) con (21) se obtiene: ( )h shcemcohto toh coT TKrrU rT T ||.|

\|+ =ln(Ec. 22) Luego,sesigueelprocedimientoiterativodescritoa continuacin: (a)Suponer un valor de Tci y evaluar hr y hc, puesto que Tto Ts. Calcular Uto mediante la ecuacin (4). (b)UnavezevaluadoUto,secalculaThmediantela ecuacin(20),evaluandopreviamentef(t)parael tiempo de inters.(c)Teniendo Th se determina Tco de la ecuacin (22) y por lo tanto Tci, puesto queTco Tci. ___________________________________________________________________________________________ 57 (d)CompararelvalorsupuestodeTcicalculadoconel supuesto en 1, y repetir en caso necesario hasta que Tci supuestoseaigualaTcicalculado,dentrodeuna toleranciadeaproximacinde0,1utilizandocomo nuevo valor supuesto, el previamente calculado. UnavezdeterminadoelvalorcorrectodeTci,setendrel valor correcto de Th y de Uto y por lo tanto se puede calcular Q mediante las ecuaciones (16), (18) y (21). La constancia del valor de Q obtenido de las tres ecuaciones anteriores, demostrar la veracidad de la solucin obtenida. 2.6.3.2.2TUBERA DE INYECCIN CON AISLANTE Enestecaso,ademsdesuponerdespreciableelefectode lostrminosconteniendohfyKhs,seconsideraqueel cementotieneigualespropiedadestrmicasquelatierra (Khcem=Khe),porlocuallasexpresionesparaUtoyQse simplifican a: ( )1' 'ln((((((

++||.|

\|=r c instohinstoinstotoh h rrKrrrU(Ec.23) y Q=2 rto Uto (Ts - Tco) L(Ec. 24) Adems,laecuacinparalatransferenciadecalordesdela interfasecemento-formacinalaformacinsemodificapara querepresentelatransferenciadecalordesdeelexteriordel revestidorhacialatierra,puestoquealsuponerKhcem =Khese ___________________________________________________________________________________________ 58 estconsiderandoqueenvezdecementoyluegotierraslo existe tierra. As la ecuacin resultante es: ( )) (2t fL T T KQe co he =(Ec. 25) siendo f(t) la expresin dada por la ecuacin (19), cambiando rh por rco. Conlafinalidad de relacionar la temperatura Ts Ti Tto con la temperatura del aislante Tins, requerida para evaluar hr y hc sehacenecesarioconsiderarlatransferenciadecaloratravs del aislante. Esta viene expresada por: ( )||.|

\| =toinsins to insrrL T T KQln2(Ec. 26) Dado que el valor de Q expresado por las ecuaciones (24), (25) y (26) es el mismo a cualquier tiempo (flujo continuo), se tiene que: Igualando (24) con (25) resulta:

) () (t f U r KTs t f U r T KTto to heto to e heco++= (Ec. 27) Igualando (24) con (26) resulta: ___________________________________________________________________________________________ 59 ( )co shinstoinsto tos insT TKrrU rT T ||.|

\| =ln(Ec. 28) lacual,alreemplazarTcoporlaexpresin(27),setransforma en:

||.|

\|++||.|

\| =) () (lnt f U r KT t f U r T KTKrrU rT Tto to hes to to e hesinstoinsto tos ins(Ec. 29) Finalmente, al igualar (25) con (26) se obtiene: ( )ins stoinshehinse coT TrrKt f KT T ||.|

\|+ =ln) ((Ec. 30) Lasexpresiones(29)y(30)conjuntamenteconla(23)ylas utilizadasparaevaluarhryhc,constituyenelconjuntode ecuacionesautilizarenelprocedimientoiterativorequerido para este caso de tubera de inyeccin con aislante.

El procedimiento iterativo es el siguiente: (a)SuponerunvalordeTinsycalcularTcomediantela ecuacin (30). (b)ConlosvaloresdeTinsyTco,evaluarhr y hc y por lo tanto Uto mediante laecuacin (23). (c)ConocidoelvalordeUtosedeterminaTinsdela ecuacin (29). (d)CompararelvalordeTins calculadocon elsupuestoen1, y repetir en caso necesariohastaque Tinssupuestosea___________________________________________________________________________________________ 60 igualaTins calculado,dentrodeunatoleranciadeaproximacinde0,1,utilizandocomonuevovalor supuesto el previamente calculado. UnavezdeterminadoelvalorcorrectodeTins,losvaloresde Uto y Tco sernlos correctos, y por lo tanto se puede calcular Q mediantelasecuaciones(24),(25)y(26).Laconstanciadel valordeQobtenidoporlasecuacionesanteriores,demostrar la veracidad de los valores obtenidos. Segn Farouq-Ali las prdidas de calor tambin pueden estimar en funcin de la calidad del vapor. Cantidad de calor en el cabezal = cantidad de calor en el fondo del pozo + prdidas de calor en el pozo Locualpuedeexpresarseentrminosmatemticos,como sigue: w(Hw + XoLv) =w(Hw + XLv) + qL

(Ec. 31) de donde: X = Xo - vwLQ(Ec. 32) Siendo: Q expresada en hBTU w enhlb L en pies X y Xo, calidad en el fondo del pozo y el cabezal ___________________________________________________________________________________________ 61 2.7 COMPLETACIN DE POZOS 2.7.1DEFINICIN26 Seentiendeporcompletacinoterminacinalconjuntodetrabajosque serealizanenunpozodepetrleoogasdespusdelaperforacino durantelareparacin,paradejarloencondicionesdeproducir eficientemente los fluidos de la formacin durante un periodo prolongando al menor costo posible. 2.7.2FACTORES QUE DETERMINAN EL DISEO La productividad de un pozo y su futura vida productiva es afectada por el tipodecompletacinylostrabajosefectuadosdurantelamisma. Laseleccindelacompletacintienecomoprincipalobjetivoobtenerla mximaproduccinenlaformamseficientey,porlotanto,deben estudiarsecuidadosamentelosfactoresquedeterminandichaseleccin, tales como: (a)Tasa de produccin requerida. (b)Reservas de las zonas a completar. (c)Mecanismos de produccin en las zonas o yacimientosa completar. (d)Necesidades futuras de estimulacin. (e)Requerimientos para el control de arena. (f)Futuras reparaciones. (g)Consideracionesparaellevantamientoartificialporgas,bombeomecnico. (h)Posibilidadesdefuturosproyectosderecuperacinadicionalde petrleo. (i)Inversiones requeridas. (j)Normas de seguridad y regulaciones. ___________________________________________________________________________________________ 62 2.7.3CLASIFICACIN DE LOS ESQUEMAS DE COMPLETACIN2.7.3.1 DE ACUERDO AL REVESTIMIENTO Bsicamente existen tres tipos de completaciones de acuerdo a las caractersticas del pozo, es decir como se termine la zona objetivo: Hueco Abierto (desnudo). Hueco Abierto con Forro o Tubera Ranurada. Tubera de Revestimiento Perforada (Caoneada). 2.7.3.1.1COMPLETACIN A HUECO ABIERTO Estetipodecompletacinserealizaenzonasdondelaformacinestaltamentecompactada,siendo el intervalo de completacin o produccin normalmente grande(100a400pies)yhomogneoentoda su longitud. Consisteencorrerycementarelrevestimientode produccinhastaeltopedelazonadeinters,seguirperforandohastalabasedeestazonaydejarlasinrevestimiento. Ver Figura. 19. ___________________________________________________________________________________________ 63 Figura. 19. Completacin a hoyo desnudo Estetipodecompletacinserealizaenyacimientosde arenasconsolidadas,dondenoseesperaproduccinde agua/gasniproduccindearenaderrumbesdela formacin. VENTAJAS Se elimina el costo de caoneo. Existe un mximo dimetro del pozo en el intervalo completado. Puedeconvertirseenotratcnicadecompletacin; con forro o revestidor caoneado. Se adapta fcilmente a las tcnicas de perforacin a fin de minimizar el dao a la formacin dentro de la zona de inters. Reduce el costo de revestimiento. Zona productora Completacin ahoyo desnudoEmpacadura Tubera de Produccin Revestimiento de Produccin Cemento ___________________________________________________________________________________________ 64 DESVENTAJAS Presentadificultadparacontrolarlaproduccinde gas y agua. No puede ser estimulado selectivamente. Puederequerirfrecuenteslimpiezassilaformacin no es compacta. 2.7.3.1.2HUECOABIERTOCONFORROOTUBERA RANURADA Estetipodecompletacinseutilizamuchoen formacionesnocompactadasdebidoaproblemasde produccindefragmentosderocasydelaformacin donde se produce generalmente petrleos pesados.Enunacompletacinconforro,elrevestidorseasienta eneltopedelaformacinproductoraysecolocaun forroenelintervalocorrespondientealaformacin productiva. En este tipo de completaciones adems se distinguen dos arreglos: a)Completacinconforronocementado:Eneste tipodecompletacinunforroconosinmallasecolocaalolargodelaseccinointervalode inters.Elforroconosinmallapuedeser empacadocongravaparaimpedirelarrastrede laarenadelaformacinconlaproduccin.Ver Figura. 20. ___________________________________________________________________________________________ 65 Figura. 20. Completacin con forro no cementado Ventajas Se reduce al mnimo el dao a la formacin. No existen costos por caoneado. La interpretacin de los perfiles no es crtica. Seadaptafcilmenteatcnicasespecialesparael control de arena. El pozo puede ser fcilmente profundizable. Desventajas Dificulta las futuras reparaciones. No se puede estimular selectivamente. La produccin de agua y gas es difcil de controlar. Existeundimetroreducidofrentealazonao intervalo de produccin. Zona productora Forro RanuradoEmpacadura Tubera de Produccin Revestimiento de Produccin Cemento Colgador___________________________________________________________________________________________ 66 b)Completacin con forro liso camisa perforada: Enestecaso,seinstalaunforroalolargodela seccinointervalodeproduccin.Elforrose cementaysecaoneaselectivamentelazona productiva de inters. Ver Figura. 21. Figura. 21. Completacin con forro liso perforado Ventajas Laproduccindeagua/gasesfcilmente controlada. La formacin puede ser estimulada selectivamente. El pozo puede ser fcilmente profundizable. Elforroseadaptafcilmenteacualquiertcnica especial para el control dearena. Zona Caoneada Camisa Cementada Empacadura Tubera de Produccin Cemento ColgadorRevestimiento de Produccin ___________________________________________________________________________________________ 67 Desventajas Lainterpretacinderegistrosoperfilesde produccin es crtica. Requiere buenos trabajos de cementacin. Presentaalgunoscostosadicionales(cementacin, caoneo, taladro, etc.) Es ms susceptible al dao la formacin. Eldimetrodelpozoatravsdelintervalode produccin es muy restringido 2.7.3.2 SEGN LA CONFIGURACIN MECNICA DE LOS POZOS5 Deacuerdoalaconfiguracinmecnicadelpozo,lacompletacin delmismopuedeclasificarseenCompletacinConvencionaly Completacin Permanente. Se entiende por Completacin Convencional aquella operacin en lacualexisteunatuberamayorde4pulgadasdedimetro externo dentro del pozo y a travs de la cual fluyen los fluidos de la formacin hacia la superficie.La mayora de las partes mecnicas o equiposdesubsuelopuedenserremovidos,esdecir,notienen carcter permanente. PorotroladolaCompletacinPermanentesonaquellas operacionesenlascualeslatuberadeproduccinyelcabezaldel pozo (rbol de navidad), se instalan de tal manera que todo trabajo subsiguiente se lleva a cabo a travs de la tubera de produccin con equipo manejado a cable. ___________________________________________________________________________________________ 68 Lostiposdecompletacindeacuerdoalaconfiguracinmecnica se clasifican en: Completacinsencilla:Estetipodecompletacinesuna tcnicadeproduccinmediantelacuallasdiferenteszonas productivasproducensimultneamenteolohacenenforman selectiva por una misma tubera de produccin. Estetipodecompletacinseaplicadondeexisteunaovarias zonas de un mismo yacimiento.En completaciones de este tipo, todoslosintervalosproductoressecaoneanantesdecorrerel equipodecompletacin.Ademsdeproducirselectivamentela zonapetrolfera,estetipodecompletacinofrecelaventajade aislar zonas productoras de gas y agua. Encasodequelazonapetrolferanotengasuficientepresin comoparalevantarlacolumnadefluidohastalasuperficiese pueden utilizar mtodos de levantamiento artificial. Completacinmltiple:Seutilizacuandosequiereproducir simultneamentevariaszonaspetrolferas(yacimientos)enun solopozo,sinmezclarlosfluidos.Generalmentereduceel nmero de pozos a perforar. ___________________________________________________________________________________________ 69 2.7.4 COMPLETACIONES A HOYO REVESTIDO CON EMPAQUE CONGRAVA ElempaquecongravaenHoyoRevestidoesunadelastcnicasde control de arena ms comnmente utilizada por la industria petrolera. Este mtodo de control de arena utiliza una combinacin de rejilla y grava para establecer un proceso de filtracin en el fondo del pozo. Larejillaescolocadaalolargodelasperforacionesyunempaquede gravaconunadistribucinadecuadadearenaescolocadoalrededordela rejillayenlasperforaciones.Despusdeesto,laarenadelempaquede gravaenlasperforacionesyenelanulardelarejilla-revestidorfiltrala arenay/ofinosdelaformacinmientrasquelarejillafiltralaarenadel empaque con grava. Desafortunadamente,laeficienciadeunacompletacinconempaquecon grava, independientemente de la tcnica que se utilice, genera dao al pozo en muchos casos. El dao cercano a la boca del pozo como un resultado de lacompletacinconempaquecongravapodraatribuirseavarios mecanismosomsprobablemente,eselresultadoacumulativodeuna variedaddeellos.Estospodranincluireltaponamientodelempaqueyla prdida del fluido durante la completacin. Eltaponamientodelempaqueocurreprincipalmenteporlamigracinde finosdesdelaformacin,queinvadenelempaquecongravacuandoel pozoescolocadoenproduccin.Asimismo,laprdidadefluidoduranteelempaquecongravaesunproblemaserio,sobretodoenzonasdealta permeabilidad. ___________________________________________________________________________________________ 70 Estaprdidadefluidopuedeproducirunavariedaddemecanismosde daos tales como: Problemasdedepositacindeescamaporlainteraccindelaguadela Formacin con los fluidos perdidos durante la fase de completacin. Dao debido a la alta viscosidad de los fluidos perdidos. Daodebidoalapresenciadepartculasslidascomocarbonatode calcioosalusadoscomoaditivosparacontrolarprdidasdefluidos, bombeadosantesdelempaquecongrava,quepuedencrearproblemas de taponamiento del medio poroso por slidos. Esto tambin crea otros problemas como potencial puenteo en el empaque. Ventajasdeunacompletacinahoyorevestidoconempaque con grava. Existen facilidades para completacin selectiva y para reparaciones en los intervalos productores. Medianteelcaoneoselectivosepuedecontrolarconefectividadla produccin de gas y agua. Laproduccindefluidosdecadazonasepuedecontrolaryobservar con efectividad. Es posible hacer completaciones mltiples. Desventajasdeunacompletacinahoyorevestidoconempaque con grava. Serestringelasperforacionesdelcaoneodebidoalanecesidadde dejar la rejilla en el hoyo. Taponamientodebidoalaformacindeescamascuandoelaguade inyeccinsemezclaconelfluidodecompletacinabasedecalcio usado durante el empaque con grava. Prdida de fluidos durante la completacin causa dao a la formacin. ___________________________________________________________________________________________ 71 Erosin/corrosindelarejilladebidoalaarenaquechocacontra cualquier superficie expuesta. 2.7.5COMPLETACIN TPICA PARA PRODUCCIN Laestructuratpicadeunpozoparaproduccin(Verfigura22)esla siguiente: Dostuberasconcntricas,unaderevestimientodeproduccinconun recubrimientodecementoconunalongitudequivalentealalongitud aproximada a las 2/3 partes de la tubera de produccin, en esta tubera se instalaunabombadesubsuelomediantecabillasyesmovidaatravsdel balancn. Dentro de la tubera de produccin se hace circular diluente (crudo liviano o gas-oil) el cual se mezcla con el crudo proveniente de la arena a nivel del nipleperforado,llevndoseacabolaproduccinporelespacioentre ambastuberas.Lasempacadurasquesecolocanenlatuberade produccin son para evitar flujo hacia el espacio anular. Entreelextremoinferiordelpozosecolocaunatuberaranuradarodeada conempaquecongrava,fijadaconempacaduras.Estoselementosse colocandebidoaquelasarenassonnoconsolidadas,evitandola produccin de crudo con arena durante el bombeo. En el extremo superior secolocaunrevestidordesuperficieconcntricoconelrevestidorde produccin y con un recubrimiento de cemento. Esta tubera tiene una longitud aproximada de 1/8de la longitud total y se coloca con la finalidad de proteger el nivel fretico.Para la conexin con cadaunadelasseccionesantesdescritas,seinstalaelrbolycabezalde produccinconbalancn,elcualconstade:conexinconelrevestidorde ___________________________________________________________________________________________ 72 superficieseutilizavlvulade2(3000#),endondeesdesplazadoel concreto que recubre el revestidor de produccin, seguidamente se colocan dosvlvulasde2(3000#),queconectaconelespacioanularentreel revestidor de produccin y la tubera de produccin. PorultimoseconectalaTdebombeo,quecomunicaconlatuberade produccin. Una de estas vlvulas se utiliza para introducir el diluente y la otra parte el desvo de este en caso de ser necesario. Ver Figura. 23. ___________________________________________________________________________________________ 73 Figura. 22. Completacin tpica de un pozo ZAPATA DEL REVESTIDORDE PRODUCCIN TUBERIA DEPRODUCCIN TUBERIARANAURADA BOMBA DE SUBSUELO EMPACADURA NIPLE PERFORADO DILUENTE REVESTIDORDE PRODUCCIN BARRAPULIDA ___________________________________________________________________________________________ 74 Figura. 23. rbol y Cabezal de produccin con balancn 1 1 BALANCIN PRENSA ESTOPA VALVULA DE SEGURIDAD TEE DE BOMBEO VALVULA 3 (3000#) CONEXIN TUB. PRODUCCIN TUBERIA DEREVESTIMIENTO 10 TUBERIA DEREVESTIMIENTO 7 N-80 TUBERIA DEPRODUCCIN 3 N-80 VALVULA 2 (3000#) CONEXIN TUBERIA DE REVESTIMIENTO ___________________________________________________________________________________________ 75 2.7.6DISEO DE POZOS PARA PROCESOS TRMICOS El diseo de este tipo de pozos esta limitada a los efectos de la temperatura sobre los esfuerzos trmicos en el revestidor. Si el periodo de parada de la inyeccindefluidocalienteeslargo,lastemperaturasdelpozobajarn, originandoesfuerzosdetensinenelrevestidor.Elrevestidortiendea extenderse longitudinalmente cuando se calienta. Pararevestidorescementadosenelfondo,elpandeoesinevitableenlas seccionesnocementadasdecualquierlongitudsignificativa,amenosque el revestidor est libre para expandirse a travs de una empacadura ubicada enlaprimeratuberarevestidoradesuperficie.Lasjuntasdelrevestidor tendernasepararsesilacargadetensinexcedelaresistenciade separacin de las juntas. Encompletacionesnuevassepuedeevitarlaseparacindelasjuntas seleccionandounacombinacinconvenientedemateriales,controlando latemperaturadelrevestidorycementadoelrevestidorentensin.Enlos pozosexistentes,solamentesepuedecontrolarlatemperaturadel revestidor. El proceso de cementar pozos trmicos difiere de la cementacin de pozos convencionales en los siguientes aspectos: 1.Sedebehacercircularcementohastalasuperficiedurantela cementacin de cada parte del revestimiento. 2.Se debeusar cemento APIde la clase G o H, con la adicin de 30% de polvo de slice. ___________________________________________________________________________________________ 76 2.7.7COMPLETACIONES DE POZOS PARA PROCESOS TRMICOS Unagranproporcindelosyacimientos,alosqueselesaplicanlos mtodosdeextraccintrmica,tienenformacionesnoconsolidadas. Las terminaciones de los pozos son diseadas para proveer baja resistencia alflujodelosfluidosy,almismotiempo,prevenirlaentradade arenaal pozo. Ademsesimportanteelcontroldearenaenlospozosinyectores. Porotrolado,laseleccinadecuadadelagravaparaelempaque,es importanteyaqueciertagravaessolublealascondicionesdelvapor condensado que prevalece en el fondo de los pozos de inyeccin. En pozos dondeseinyectavapor,elaguacaliente,dealtopH,procedentedel generadorylaquesecondensacomoresultadodelasprdidasdecalor, tiendeadisolverlosgranosdearenadelyacimiento,comotambinla grava del empaque de grava e incluso el agente consolidante. Elcontroldelperfildeinyeccindevaporesunproblemamuchoms difcil,especialmenteparaarenasnoconsolidadasseparadasporestratos muydelgadosdelutitas.Enunaterminacinconvencionalelvapor inyectadoentraencadaunadelasarenasdeacuerdoconlaresistencia relativa de ellas al flujo. Enestaterminacinsepuedeesperarquelaarenamsbajarecibavapor relativamentehmedocomparadaconlaarenasuperior,auncuandolas resistencias al flujo sean iguales, ya que el agua lquida tender a moverse alapartemsbaja.Dependiendodelacalidaddelvaporqueentraal intervalodeinyeccin,elnivelefectivodelquido/vaporpuedeestarpor encimadelaprimeracapadelutita,evitandolainyeccindevaporala arena ms baja.___________________________________________________________________________________________ 77 La terminacin selectiv