Post on 28-Nov-2015
INYECCIÓN CÍCLICA DE VAPOR
JORGE PALMA BUSTAMANTE
RECUPERACIÓN TÉRMICA
Baja Relación Gas-Aceite, lo que significa
una Recuperación Primaria Baja
Altas viscosidades
Hidrocarburos pesados
Baja gravedad API
Bajas movilidades
Baja presión inicial
Viscosidad: En este caso se Inyectan Fluidos Calientes o por
Combustión. ( )
Presión de Frontera: En este caso se Inyectan Fluidos Fríos a través
del pozo ( )
weoo
wfeo
orrLnB
PPhkq
310*08.7
o
eP
RECUPERACIÓN TÉRMICA
ESTIMULACIÓN CON VAPOR
REMOJO PRODUCCIÓN
INYECCIÓN
INYECCIÓN CÍCLICA DE VAPOR
EFECTOS DEL VAPOR
Disminuye la Saturación
Residual por expansión térmica del
aceite.
Destilación de livianos.
Craqueo Térmico
Incremento en la Eficiencia
Desplazamiento Miscible.
SCREENING DE APLICACIÓN
Propiedad Valor
Gravedad °API < 15
Viscosidad del Crudo , cP > 300
Profundidad, ft < 3000
Espesor neto, ft > 30
Presión del Yacimiento, psi < 1500
Porosidad, fracción > 0.3
Permeabilidad, mD 1000-2000
Fuente: ALI, S.M. Farouq. Practical Heavy Oil Recovery. HOR H 2006
CRITERIOS DE SELECCIÓN
PARÁMETRO DEL YACIMIENTO NPC 1976 Lewin 1976 Taber 1983 SSI 1986 Farouq Ali
2006
Viscosidad del aceite en el yacimiento [ Cp] <4000 <4000 <4000 <4000 <4000
Gravedad API <15 <15 <15 <15 <15
Saturación actual de Petróleo [Fracción] >0.45 >0.45 >0.45 >0.45 NR
Espesor [Ft] >30 >30 >30 >30 ≥30
Permeabilidad [md] <2000 <2000 <2000 <2000 1000-2000
Temperatura [°F] NC NC NC NC NR
Presión del yacimiento [Psia] NC NC NC NC NR
Profundidad [Pies] <3500 <3500 <3500 <3500 <3000
Porosidad [%] NR NR NR NR >30
Volumen de aceite [Bl/acre pie] NR NR NR NR 1200
Transmisibilidad [mD pie/cp] NR NR NR NR <200
CRITERIOS DE APLICACIÓN
PARÁMETRO DEL YACIMIENTO NPC 2007
Estatus Comercial
Formaciones someras <160 pies No
Profundidades entre 160 y 320 pies No
Profundidades medias entre 320 y 980 pies No, a menos que exista una buena roca sello en la
parte superior de la formación
Profundidades intermedias entre 980 y
3280 pies
Sí, pero las zonas profundas necesitan vapor a mayor
temperatura, lo cual es menos económico
Formaciones profundas
>3280 pies
No, requiere de vapor a altas temperaturas y
presiones y hay muchas pérdidas de calor a través del
pozo inyector.
Ártico Posible pero debe manejarse las capas de hielo
superficiales
Costa afuera No. Demasiadas pérdidas de calor hacia el riser y el
agua del océano
Carbonatos No
Arenas delgadas (<30 pies) Posible con pozos horizontales
Formaciones altamente laminadas Posible con pozos horizontales
ESTIMULACIÓN CON VAPOR
RESPUESTA A LA ESTIMULACIÓN
0
200
400
600
800
1000
1200
0 100 200 300 400 500 600
TIEMPO (DIAS)
TA
SA
S (
BP
D)
CICLO 1 CICLO 2 CICLO 3
TASA PRODUCCION DE AGUA
TASA PRODUCCION ACEITE
PERIODO DE INYECCION
Y REMOJO
RESPUESTA INYECCIÓN CÍCLICA
Fuente. CURSO CMG, 2011, GRUPO RECOBRO MEJORADO
Fuente. CURSO CMG, 2011, GRUPO RECOBRO MEJORADO
RESPUESTA INYECCIÓN CÍCLICA
EFECTOS DE LA ESTIMULACIÓN
• Reducción de la viscosidad del crudo
• Expansión del crudo
• Limpieza de la zona de daño
FACTORES QUE AFECTAN
FACTORES
B
E
C
D
A PRECIO DEL
CRUDO
COSTO
COMBUSTIBLE
COSTOS DE
TRATAMIENTO
YACIMIENTO REQUERIMIENTO
DE EQUIPOS
ESTIMULACIÓN CON VAPOR: RELACIÓN ACEITE - VAPOR
Los parámetros del yacimiento, son evaluados según su influencia en la relación barril de aceite incremental – barril vapor (en términos de barriles de condensado)
• INY. CÍCLICA VAPOR: $2 a 4 dólares
• INY. CONTINUA VAPOR: $4 a 7 dólares
• INY. EXTRAPESADOS: $12 a 15 dólares
PR
OD
UC
CIÓ
N
AC
UM
UL
AD
A
TIEMPO Iny. De
vapor
Producción
incremental
ESTIMULACIÓN CON VAPOR: PRODUCCIÓN INCREMENTAL
FACTORES DEL YACIMIENTO: EFECTO SKIN
La cantidad de daño presente en un pozo, tiene un considerable efecto en la respuesta de la producción del pozo cuando es estimulado con vapor.
Efecto del daño sobre la producción de aceite.
Fuente:Boberg, T.C. and Lantz, R.B. Paper SPE 1578
ZAFRA T, GARCÍA Y. GRM-UIS, 2010
DAÑO
EFECTO DE LA VISCOSIDAD DEL ACEITE
Para un aumento determinado de temperatura, la RAV de un aceite de baja viscosidad es mucho menos pronunciada que para un crudo de alta viscosidad.
Fuente . Efecto de la viscosidad inicial del aceite en el RAV. Boberg, T.C. Termal Method of Oil Recovery
VISCOSIDAD Y DENSIDAD DEL CRUDO
EFECTO DE LA RELACIÓN ARENA - ARCILLA
La relación aceite incremental – vapor disminuye, a medida que la relación arena - arcilla se hace más pequeña; resultado del aumento del calor perdido en las intercalaciones de arcilla.
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
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ls/B
ls
Relación Arena-Arcilla
Efecto de la Relación arena-arcilla sobre la RAV.
Fuente Boberg, T.C. Termal Method of Oil Recovery
Arena/Arcilla < Arena/Arcilla >
ZAFRA T, GARCÍA Y. GRM-UIS, 2010
EFECTO DEL ESPESOR
• Espesores de formación delgados producen un incremento de las pérdidas de calor.
• Formaciones gruesas y continuas, reducen las pérdidas hacia los estratos adyacentes
< 30 ft 100 ft
ZAFRA T, GARCÍA Y. GRM-UIS, 2010
PROFUNDIDAD
ZAFRA T, GARCÍA Y. GRM-UIS, 2010
ACUÍFERO
h. Acuífero < 20% h. Arena h Acuífero > 20% h Arena
ZAFRA T, GARCÍA Y. GRM-UIS, 2010
EFECTO DE LA PRESIÓN DEL YACIMIENTO MECANISMO DE
PRODUCCIÓN
• Un yacimiento con alta presión de formación y una baja tasa de caída de presión es deseado.
• Un yacimiento agotado dará una respuesta muy pobre.
• Una caída de presión muy rápida puede indicar que la estimulación será económica para sólo uno o dos ciclos.
SATURACIÓN DE ACEITE
Los yacimientos que tienen una alta saturación de aceite y alta
porosidad, generalmente serán los mejores candidatos para una estimulación.
Las arenas altamente saturadas de aceite con espesores de 200
pies, con una buena permeabilidad vertical, deben ser consideradas como buenas candidatas.
EFECTO DEL CAUDAL DE ACEITE FRIO, WOR, SOR
• A mayor tasa de aceite en frío, mayor será la cantidad de aceite incremental.
• Para pozos con caudales iniciales altos, la cantidad de calor removido puede causar un rápido enfriamiento de la formación.
• Una alta relación agua - aceite disminuye la relación aceite incremental – vapor.
• Una alta relación gas - aceite disminuye la relación aceite incremental – vapor.
FACTORES OPERACIONALES
1 • Tasa de inyección de Vapor.
2 • Cantidad de vapor inyectado.
3 • Presión de inyección.
4 • Calidad y temperatura del vapor inyectado.
5 • Tiempo de remojo.
ZAFRA T, GARCÍA Y. GRM-UIS, 2010
TASA DE INYECCIÓN DE VAPOR
Altas tasas de inyección de
vapor
Minimizar la pérdidas de calor, en la
tubería de inyección y hacia las
formaciones adyacentes.
Maximizar el radio de calentamiento.
Minimizar el tiempo de cierre del
pozo.
Mayor calidad en el fondo del pozo.
Viscosidad del fluido al inicio del proceso.
Capacidad del equipo de
generación de vapor.
Condiciones de presión
Temperatura del yacimiento.
Espesor de la arena.
30 MMBTU/ pie de formación
ZAFRA T, GARCÍA Y. GRM-UIS, 2010
VAPOR INYECTADO
Pozos con alta productividad.
Grandes espesores productores.
Pozos sin daño.
Pozos con crudo de alta viscosidad.
Altas cantidades
de vapor pueden
ser inyectadas en
ZAFRA T, GARCÍA Y. GRM-UIS, 2010
PRESIÓN DE INYECCIÓN
Piny Pfractura >
Daño (S).
Pérdidas de calor.
Factor de recobro (RF).
Piny> 1000 psi , T > 550 ºF.
Piny> 500 psi , T > 380 ºF.
ZAFRA T, GARCÍA Y. GRM-UIS, 2010
CALIDAD Y TIEMPO DE REMOJO
80 – 90 % calidad
Vapor húmedo
Farouq Alí
T iny , 300 a 400 ºF
4 a 5 días
Poner en producción
inmediatamente
Cerrar hasta que el
vapor se condense
Yacimientos depletados Yacimientos con alta
presión
Tiempo de remojo
ZAFRA T, GARCÍA Y. GRM-UIS, 2010
ESPACIAMIENTO
Viscosidad del fluido
Radio de la zona calentada
Características geológicas
Fallas o formaciones
con altos buzamientos.
Crudos pesados
8 -10 acres
ZAFRA T, GARCÍA Y. GRM-UIS, 2010
POZOS HORIZONTALES
Aumenta el área contactada entre el vapor inyectado y zona de
interés en el yacimiento (mejor distribución del calor).
Alta capacidad de inyectividad y producción de aceite.
ZAFRA T, GARCÍA Y. GRM-UIS, 2010
Reducción de impactos adversos por parte de un acuífero o capa
de gas.
Reduce el fenómeno de conificación de agua.
POZOS HORIZONTALES
ZAFRA T, GARCÍA Y. GRM-UIS, 2010
CUÁNDO ES BUENO ESTIMULAR?
• Altas saturaciones de aceite y porosidad.
• Tasa de producción en frío entre 100 y 300 barriles por día
• Una alta transmisibilidad en la formación.
• Presión del yacimiento, moderadas no mayores a 1200 psi para permitir la inyección del vapor.
• Permeabilidad alterada cerca de la cara del pozo.
CUÁNDO ES BUENO ESTIMULAR?
• Gran espesor de arenas y alta relación arena - arcilla.
• Alta viscosidad inicial de aceite para pozos de caudales fríos comparables.
• Bajas relaciones agua - aceite y gas - aceite.
• Profundidades no mayores a 3000 pies (someras).
FACTORES OPERACIONALES
• Altos caudales de inyección de vapor son deseados para minimizar las pérdidas de calor y minimizar el tiempo en que el pozo está por fuera de producción.
• A mayor tamaño del tratamiento, mayor el radio calentado, y más grande el efecto de la estimulación.
• A más alta calidad del vapor mejor la respuesta de producción.
Gas Agua de alimento
Aire GENERADOR
Gases calientes de
combustión
5% pérdidas
20% pérdidas
5% pérdidas
Loops de expansión
15%-20% pérdidas
10% pérdidas
20% Roca
5% Petróleo
5% Agua
Formaciones adyacentes
T≈400-500°F T≈150-200°F
Pérdidas de Calor en el
Sistemas de Inyección
RAZONES POR LAS QUE FRACASAN
LOS PROYECTOS DE ESTIMULACIÓN CON VAPOR
• 1. Excesiva caída de presión (Coalinga, Tulare).
• 2. Baja saturación de aceite por acre-pie de arena productora (Quiriquire, Tulare, Potter B).
• 3. Pozos demasiado altos en la estructura, en capa de gas (Coalinga, White Wolf).
• 4. Alto contenido de shale, muchas arenas delgadas (Pozo Creek).
• 5. Presencia de zonas ladronas (Pozo Creek).
• 6. Alto contenido de arcillas, baja permeabilidad (Tulare, Wite Wolf).
• 7. Un completamiento inadecuado del pozo en los yacimientos que requieren inyección de vapor a alta presión.
FACTORES QUE AFECTAN UN
PROCESO DE I.C.V.
• Costo del combustible
• Tratamiento de agua para convertir a vapor
• Precio del crudo en el mercado
• Equipos de operación
) Económico entePotencialm( [Bbl] InyectadoVapor
[STB] lIncrementa Aceite
COSTOS ADICIONALES DE OPERACIÓN
• 1. Costos adicionales de los pozos:
• a.) Trabajos de workover para el mejoramiento del control de arenas más empaques y aislamiento del tubing en aplicaciones de alta temperatura.
• b.) Perforación de pozos nuevos. Se pueden requerir casing más resistentes y liners ranurados (N-80 y P-110 son los grados más usados para resistir elevadas temperaturas).
COSTOS ADICIONALES DE OPERACIÓN
• 2. Los costos de tratamiento de agua, los cuales pueden llegar a ser significativos si el agua fresca es escasa.
• 3. La desemulsificación del aceite producido, ya que las emulsiones y problemas de arena pueden incrementar los costos de operaciones de vaporización.
• 4. Costo de las líneas de distribución; éstos pueden llegar a ser un factor
importante cuando se utilizan grandes generadores de vapor.
• 5. El manejo del agua producida.
COSTOS ADICIONALES DE OPERACIÓN
Se pueden reducir los costos por: 1. Usando grandes generadores de vapor. 2. Reutilización del agua producida en áreas donde el agua fresca es
escasa.
RELACIÓN PETRÓLEO – VAPOR
• Un barril con una calidad del 80% de vapor contiene aproximadamente 350000 BTU.
• Asumiendo una eficiencia térmica del 80% del generador de vapor, el costo del combustible por barril de vapor generado será:
• 1. Usando gas:
Costo de combustible = 350000
0 8 10 6
Btu bbl
E Btu kcfCg
/
. * /
= 0.438 Cg (cents/bbl)
RELACIÓN PETRÓLEO – VAPOR
Donde Cg es el costo del gas en centavos por mil pies cúbicos. • 2. Usando combustible liquido:
Costo de combustible = 7.1 Co (cent/bbl) Donde Co es el valor del combustible en dólares por barril.
350000
0 8 340 18000100
Btu bblvap
btu bblcombCo
/
. * * * / .*
Con respecto a las cifras anteriores se indica que se alcanza un punto de equilibrio a una razón de vapor/aceite incremental de:
= 0.071 bbl oil/bbl vapor para el caso de la combustión del combustible líquido y una calidad
del vapor del 80%, a una presión de inyección de 800 psig. El recíproco de este número también es muy útil para recordar,
alrededor de 14 bbl de vapor se generan por cada barril de combustible quemado.
350000
0 8 340 18000. * *
RELACIÓN PETRÓLEO – VAPOR
MODELO ANALÍTICOS INYECCIÓN CÍCLICA DE VAPOR
• Boberg • Albornoz • Jones • Seba y Perry • Gozde y Chinna • Silvestre y Chen • Gontijo y Azis • Towson y Jones • Buttler • Muñoz
MODELOS ANALÍTICOS ICV
Modelo Mecanismo de Empuje
Geometría de la Zona Calentada
Temperatura Promedio
Mejoras/Aportes
Boberg-Lantz
(1966) Presión
Cilíndrica, espesores pequeños
Decreciente
Procedimiento de cálculo por intervalos de
tiempo, incluye las pérdidas de calor con los
fluidos producidos y el calor remanente en
el yacimiento de ciclos anteriores. Supone
que existe producción de aceite previa a la
estimulación.
Seba-Perry (1969)
Drenaje Gravitacional
Cilíndrica, espesores grandes
Constante
La temperatura de la zona calentada es
constante e igual a la temperatura de
inyección del vapor. El cálculo de la tasa de
aceite es combinado: supone flujo de un
yacimiento infinito en la zona calentada y
flujo de un yacimiento con límite exterior en
la zona fría.
Kuo-Shain-Phocas
(1970)
Drenaje Gravitacional
Cilíndrica, espesores grandes
Constante
La temperatura de la zona calentada se
calcula mediante un procedimiento iterativo
y balance de calor inyectado y cedido al
yacimiento. El cálculo de las tasas de
producción se resuelve mediante sistemas
de ecuaciones simultáneas.
MODELOS ANALÍTICOS ICV
Modelo Mecanismo de Empuje
Geometría de la Zona
Calentada
Temperatura Promedio
Mejoras/Aportes
Jones
(1977) Drenaje
Gravitacional Cilíndrica espesores
grandes Decreciente
Tiene en cuenta cambios en las
saturaciones de aceite y agua durante el
período de producción.
Gontijo-Aziz
(1985) Drenaje
Gravitacional Cónica, espesores
grandes Decreciente
Tiene en cuenta las teorías de drenaje
gravitacional asistido por vapor (SAGD),
aplicándolas la inyección de vapor de un
pozo vertical.
Sylvester-Chen
(1987) Drenaje
Gravitacional
Cilíndrica
Espesores grandes Decreciente
Incluye pérdidas de calor durante la
inyección y calor remanente de ciclos
previos en la expresión del radio calentado.
Requiere sólo un parámetro ajustable,
mejorando el desempeño y aplicabilidad del
modelo.
Gozne – Chhina
(1988) Drenaje Gravitacional
Cónica, espesores grandes
Decreciente
Evalúa pérdidas de calor el periodo de
remojo, energía remanente de ciclos
previos en la expresión del radio calentado.
Requiere sólo dos parámetros ajustables.
Aplica la teoría SAGD.
ESTADO MECÁNICO POZO TÉRMICO
Tubería superficial
Hueco
Tubería de
revestimiento
Collar flotador
Zapata
Hueco ensanchado
Tubería de
producción
Varillas
Liner ranurado
Grava
Bomba
CANTIDAD DE CALOR A INYECTAR
• Para un intervalo de arena neta de 200 Pies
• Calor inyectado 27.7*10e6 Btu/pie • Calidad promedio 60% • Calor total inyectado 5538*10e9 Btu /Ciclo • Cantidad de agua 9000 Bls/ciclo
COMBUSTIBLE NECESARIO
PARA PRODUCIR 7500 MBTU
PETRÓLEO GAS NATURAL
Poder calorífico 6177590 Btu/Bl
Valor del crudo 15 US$/Bl
Valor total 18210 US$
Poder calorífico 1100 Btu/pc
Valor del gas 2.2 US$/MBtu
Valor total 16500 US$
GENERADOR DE VAPOR
•Tasa de Alimento de agua, (Bls/hr) 120
•Tasa de Alimento de gas, (Pies3/hr) 50000
•Eficiencia Térmica, (Fracción) 0.8
MODELO INYECCIÓN DE VAPOR
REFERENCIAS
• MUÑOZ S. Inyección cíclica de vapor.
• ZAFRA T & GARCÍA Y. Evaluación mediante simulación numérica de la factibilidad de implementar un proceso de inyección cíclica de vapor en un campo colombiano, Tesis GRM-UIS, 2010.
• BOBERG, T.C. Termal Method of Oil RecoveryEfecto de la viscosidad inicial del aceite en el RAV.