8.+INYECCIÃ-N+CÃ-CLICA+DE+VAPOR+A

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

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

Re

lacio

n a

ceite-v

apo

r in

cre

me

nta

l (R

AV

), B

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 >


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


PROFUNDIDAD


ACUÍFERO

h. Acuífero < 20% h. Arena h Acuífero > 20% h Arena


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.


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


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


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.


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


ESPACIAMIENTO

Viscosidad del fluido

Radio de la zona calentada

Características geológicas

Fallas o formaciones

con altos buzamientos.

Crudos pesados

8 -10 acres


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.


Reducción de impactos adversos por parte de un acuífero o capa

de gas.

Reduce el fenómeno de conificación de agua.

POZOS HORIZONTALES


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).


• 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.


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)


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. * *


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.

8.+INYECCIÃ-N+CÃ-CLICA+DE+VAPOR+A

Documents

Transcript of 8.+INYECCIÃ-N+CÃ-CLICA+DE+VAPOR+A