Recuperación de Petróleo por el calor de la Combustión In situ SPE -1087 G

JOSEPH N. BRESTONBRADFORD, PA.

Introducción

En la combustión in situ básicamente consiste en encender la petróleo en roca del yacimiento con un dispositivo de encendido adecuado y la conducción de un zona de combustión a través del depósito hacia pozos productores con aire comprimido, con o sin reciclado gas. Este proceso se diferencia de otros procesos térmicos en el que se genera calor en la superficie y se inyecta en el depósito a través de agua caliente, gases o vapor.El principio in situ apareció en 1923 ' (primero de EE.UU. patente) y desde 1948 experimentos de campo han sido llevado a cabo en varias partes de los EE.UU. , Canadá y América Latina, incluyendo una prueba de esquistos bituminosos Colorado .

MecanismoDurante una operación de combustión in situ una porción muy pequeña de aceite es consumida por el frente de combustión genera gases calientes, ayudan a que empuje el aceite y el agua a pozos productores. El aceite producido es prácticamente inalterado, puesto que no se somete a craqueo por las temperaturas. En realidad, durante la mayor parte la operación, los fluidos de entrada en los pozos productores están cerca de la temperatura del yacimiento original.

Las pruebas de campo se han utilizado las siguientes variaciones básicas del método de la combustión in situ: ( 1 ) la inyección continua del aire que causa , el frente de llama se queme de manera constante como se mueve desde la entrada hasta los pozos de producción. ( 2 ) Ola de calor que implica la formación de un gran calor La onda es impulsada por los gases que contienen oxígeno limitado para controlar la velocidad de combustión. ( 3 ) Detención combustión a cierta distancia calculada a partir de la inyección así que la ola de calor y fluidos de viscosidad reducida continúan hacia el pozo de producción por un ciclo constante.

Propiedades del yacimiento

La profundidad del yacimiento no es una limitante, es necesario tener alta porosidad por supuesto, ya que aumenta la cantidad de petróleo disponible por unidad de volumen de la roca y disminuye las necesidades de calor. Una saturación de petróleo mínimo de 400 a 500 BBI acre-pies puede que sea necesario para el proceso sea económico. La saturación de agua tiene poco efecto en el proceso de combustión, aunque alta saturación de agua hace requisitos de presión incremento y de la energía.Permeabilidad tiene poco efecto sobre la mecánica de la proceso de combustión en sí, excepto cuando puede ser demasiado baja para proporcionar el flujo mínimo de aire para la combustión sostenida.

La combustión in-situ es aplicada principalmente para yacimientos de aceite pesado con viscosidades mayores a los 10 cp. Los yacimientos candidatos deben cumplir las siguientes condiciones: No ser yacimiento fracturado. Porosidad > 20%. No presentar casquete de gas o acuífero asociado. Espesor neto > 3 metros. Profundidad > 150 metros. Permeabilidad > 100 mD. Viscosidad del aceite > 10 cp. Contenido de aceite ∅ > 0.065. Transmisibilidad del aceite ( ℎ/ ) > 6 mD-m/cp.

Pre-inyeccion de aire.

El objetivo principal de la inyección de aire o gas en el yacimiento sobre la ignición es para determinar la existencia de la suficiente permeabilidad in-situ para proveer el minimo flujo de aire requerido para sostener la combustión.

Preinyección Aire es útil en la reducción de la saturación de líquido y proporciona información importante sobre los requisitos de presión y volumen

Ignición La ignición de la mayoría de los crudos tiene presencia de aire a una temperatura de 600 a 800 ° F. El calentamiento a temperatura de ignición se puede hacer por cualquier medio que no interfiera con el flujo de aire o generar depósitos que podría tapar los poros de la formación, se ha logrado con quemadores de gas, aire súper calentado y calentadores eléctricos.

Requerimiento de aire El frente de combustión puede avanzar solamente por el consumo de combustible. Por lo tanto, el aire necesario será directamente proporcional a la disponibilidad de combustible. Es necesario para quemar el combustible que todo el oxígeno puro o una mezcla de aire sea suficiente para sostener la combustión. Debido a que el aire es la fuente de oxígeno, el requerimiento de aire para la combustión progresiva seca se define como el volumen de aire requerido para quemar una unidad de volumen de yacimiento.Aunque el requerimiento de aire ha sido fijado como la cantidad de aire requerido para quemar una unidad de volumen de la formación, el requerimiento de aire es, de hecho, una medida del aire inyectado para quemar una unidad de volumen de la formación. En el volumen quemado se almacena cierta cantidad de aire, la cual es proporcional a la densidad promedio del aire en la zona quemada. La presión en esa zona frecuentemente se aproxima por la presión de inyección pero la temperatura promedio generalmente no se conoce bien.

Ciclo de gasesCuando se desea un ciclo o un gas diluyente, se puede utilizar ya sea gas o gas de escape del motor. Debido a sus propiedades potencialmente corrosivas, puede requerirse el manejo especial del ciclo de gases en las estaciones del compresor. También, deben considerarse las propiedades explosivas de aire diluido en gas producido. Velocidad de avance de combustión frontalLa velocidad de avance es directamente proporcional a la velocidad en la que el aire y/o el ciclo de gas son suministrados en la zona e inversamente proporcional a la cantidad de residuos materiales para ser quemados. Así, la formación de permeabilidad y el tipo de crudo determinan la velocidad máxima de avance por la zona de combustión. El porcentaje de velocidad mínima de avance es determinado por el flujo de aire mínimo requerido para mantener las temperaturas de combustión.

Tasa de avance del frente de combustión

La tasa de avance es directamente proporcional a la tasa de aire o ciclo de gas que es sumistrado en la zona y es inversamente proporcional a la acomulacion de

Economía La economía del proceso está influenciado por factores tales como: (1) costos de compresión, (2) saturación de aceite y eficiencia de barrido volumétrico, (3) gradiente de presión en relación al espaciado del pozo, (4) utilización eficiente de calor de combustión, (5) recuperación y el uso de energía térmica de los gases producidos, y (6) la duración del proyecto. Hasta el momento, el factor más importante son los costos de compresión – o la cantidad de aire inyectado y el ciclo de gas requerido por barril de aceite/petróleo recuperado. Se ha indicado que de 10,000 a 25,000 scf de aire comprimido (y ciclo de gas) será necesario/requerido para producir 1bbl de aceite/petróleo en una operación comercial. Suponiendo los costos de compresión de 5 centavos/Mcf, el costo de compresión sería entre $0.50 y $1.50/bbl de aceite/petróleo recuperado.

CompresoresPuesto que la economía de este nuevo método de recuperación de aceite/petróleo se basa en gran medida en los costos de compresión, es muy importante seleccionar el tamaño correcto y el tipo de compresores. Los requerimientos de cambio de volumen y presión exigen cierta flexibilidad normalmente no encontrada en otras aplicaciones de compresor. Se plantea el problema de diseñar una planta compresora la cual estará operando en o cerca de la capacidad el mayor tiempo posible.

ConclusiónLa combustión in situ y los métodos de ola de calor parecen ser muy adecuadas para la recuperación económica de gran parte de nuestro aceite/petróleo actualmente “irrecuperable”. Estos depósitos se están volviendo más y más atractivos para su explotación debido a la creciente demanda de crudo y el gasto de montaje para encontrar nuevas reservas. En la actualidad, varios proyectos comerciales están listos para funcionar/operar, esto significando que este método ya está justificado económicamente en algunas áreas.

ReferenciasHoward, F. A.: "A Process for Distilling Crude Oil Under· ground",. 2. Smith, R. L. and Watson, K. L.: "Oil Recovery Process. 3. Koch, R. L., Gleason, J. F., Jr. and Boston, W. G.: "In Situ Combustion Field Tested Again",