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El camino hacia la recuperacin del petrleo pesado

T e c n o l o g a

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Alrededor del 15 por ciento del suministro diario mundial de petrleo es tan espeso que no puede fluir a travs de las tuberas por s mismo. An as, la importancia del petrleo pesado ge-neralmente definido como cualquiera que tenga una gravedad API menor a 22 est incrementando. La razn es el volumen total. De hecho, se estima que la cantidad de petrleo pesado in situ es de cinco a diez veces mayor que las reservas de crudo convencional.

En las dcadas futuras, el petrleo pesado probablemente afectar la dinmica del suministro global, ya que el 80 por ciento de las reservas conocidas de petrleo pesado estn en el Hemisferio Occidental. Canad y Venezuela concentran el 90 por ciento de todas las reservas conocidas de petrleo pesado segn lo reportado por la Sociedad Canadiense de Geofsicos de Exploracin. De acuerdo con la investigacin de Recursos Energticos llevada a cabo por el Consejo Mundial de la Ener-ga, Venezuela tiene actualmente 172 mil millones de barriles en reservas recuperables totales, compuesto de crudo tanto liviano como pesado y se encuentra en proceso de caracterizar bloques adicionales en la Faja del Orinoco para alcanzar un volumen masivo de 235 mil millones de barriles en reservas de petrleo pesado recuperable. Estas reservas estn estimadas en base a un Petrleo Original en Sitio de ms de 1,2 billones de barriles. La recuperacin mejorada es por tanto crucial para el desarrollo continuo de la industria petrolera de Venezuela.

El problema, por supuesto, es que los crudos pesados son no-tablemente difciles de recuperar, transportar y refinar. El princi-

Cuando los analistas tratan de estimar las reservas de petrleo remanentes, una de las variables ms grandes es el petrleo

pesado. La pregunta no es cunto hay en la tierra, sino cunto de lo que hay se puede recuperar. Con las reservas de petrleo pesado ms grandes del mundo situadas en la Faja Petrolfera

del Orinoco, el factor de recobro es la clave en la economa de los proyectos para los operadores de petrleo pesado de

Venezuela. Si el petrleo pesado forma parte de su cartera, aqu hay algunos puntos a considerar

pal desafo tcnico radica en mejorar la movilidad del petrleo para lograr que fluya con mayor faci-lidad. Para conseguirlo se necesita comprender me-jor su composicin y cmo manejar los componentes ms pesados. Compren-der la composicin del petrleo y la manera en que un reservorio puede cambiar en el tiempo son importantes para pro-yectar mejores tasas de recuperacin.

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La naturaleza del petrleo pesado

Las reservas de petrleo pesado son muy diferentes a los depsitos convencionales. Para comenzar, la escala de tiempo de produccin es mucho mayor. Los yacimientos de petrleo pesa-do por lo general producen a rgimen estable durante dcadas. A lo largo del tiempo, estos yacimientos producen grandes can-tidades de petrleo. La regin de petrleo pesado de California, en el Condado de Kern, ha sido productiva por ms de un siglo, con cuatro de sus campos ms grandes entregando ms de mil millones de barriles cada uno. Los depsitos de petrleo pesa-do se encuentran generalmente en arenas poco consolidadas, lo cual implica que los perforadores deben tomar precauciones adicionales para mantener la integridad de los pozos y para manejar la produccin y eliminacin de arena. Los depsitos de petrleo pesado presentan diferencias, incluso entre campos adyacentes. Los mtodos de recuperacin que funcionan de un lado de la cerca pueden no funcionar del otro lado.

Simulacin de yacimientos En las primeras etapas del desarrollo, la simulacin puede

ayudar a los ingenieros a optimizar el diseo del sistema de pro-duccin, as como tambin a evaluar diversas trayectorias de pozos y modelos de drenaje. Una vez que la produccin comienza, los operadores pueden observar una amplia gama de resultados de

La tecnologa de pruebas de pozos multifsicos Vx se utiliza para resolver los desafos relacio-nados con el levantamiento y la medicin del flujo de los fluidos

Paolo Censi, Gerente de Desarrollo de Negocios de Schlumberger para Venezuela y Trinidad y Tobago

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los pozos individuales. En tal caso, el mo-delado preciso puede ayudar a optimizar la produccin durante la vida productiva de un campo petrolero.

Dada la naturaleza del petrleo pesa-do, los modelos de yacimientos para los mismos, son quizs ms importantes que para los depsitos convencionales y para obtener los mejores resultados se deben actualizar y utilizar para la simulacin a lo largo de toda la vida productiva del campo. Los simuladores de yacimientos de petrleo pesado deberan ser capaces de considerar una amplia variedad de com-portamientos complejos que se presentan en el yacimiento cuando se somete a calor, solventes, o esfuerzos geomtricos de gran magnitud; en el ltimo caso, para repre-sentar correctamente el comportamiento del yacimiento y estimar sus cambios a lo largo de perodos de produccin prolongados, se necesitan variables geomecnicas no lineales con resolucin de un metro cuadrado a lo largo de todo el yacimiento.

Las terminaciones inteligentes y el monitoreo continuo permiten un mejor control del flujo de entrada y de salida del pozo proporcionando mediciones en tiempo real para el mo-delado dinmico y el control automatizado. Antes de proceder a la instalacin de cualquiera de estos sistemas se debera realizar un estudio de optimizacin apropiado utilizando herramientas de simulacin.

La importancia de las decisiones estratgicas

La seleccin del mtodo ms apropiado de recuperacin para los operadores de petrleo pesado requiere un anlisis sistemtico de todos los datos tcnicos disponibles del reservorio. De esta manera, se realiza una priorizacin basada en consideraciones financieras, mercadotcnicas y ambientales, para desarrollar una estrategia de produccin. En todos los casos, se debe llevar a cabo una adecuada caracterizacin, modelado y simulacin del yaci-miento, y se deben realizar estudios piloto. Aqu citamos algunos ejemplos a fines de ilustrar los mltiples factores y variables que se deben considerar.

En algunos campos, los operadores pueden recuperar de las arenas no consolidadas una cantidad limitada de petrleo pesado mediante el mtodo conocido como produccin de petrleo pesado en fro con arena (CHOPS, por sus siglas en ingls). Mediante la produccin deliberada de arena junto con el petrleo, se generan agujeros de gusanos o vacos en las zonas productoras que a su vez atraern ms petrleo hacia el pozo. La ventaja del mtodo CHOPS es que el costo de puesta en marcha de un campo CHOPS es relativamente bajo. La desventaja de la produccin en fro es, sin embargo, que las tasas de recuperacin alcanzan normalmente alrededor del 8 por ciento. Por lo tanto, en este ejemplo el flujo de fondos y la mnima inversin iniciales, tienen una relacin de compromiso con respecto al factor de recuperacin final.

En el oeste de Venezuela, desde la dcada de los 60 se produ-cen yacimientos mediante la inyeccin de vapor, principalmente mediante la estimulacin cclica por vapor de agua y el poste-

rior desplazamiento por vapor de agua. El calentamiento de un yacimiento, que generalmente se realiza con vapor de agua, puede incrementar el factor de recuperacin tanto como un 70 por ciento en casos poco frecuentes, lo cual es an mejor de lo que se consigue en los yacimientos convencionales. En el Condado de Kern, algunos operadores tienen factores de recuperacin del 50 por ciento. El estilo de recuperacin trmica de California, sin embargo, donde los bancos de generadores de vapor del tamao de una locomotora inundan con vapor de agua yacimientos gruesos y homogneos, resulta prohibitivamente costoso para todos los campos excepto para los ms grandes. En este caso, aunque la inversin inicial es significativa, los factores de recuperacin

son bastante aceptables. Una tcnica de recuperacin trmica alternativa es la combus-

tin in situ, conocida como fireflooding. La tecnologa consiste en inyectar aire u oxgeno para inducir la ignicin en presencia de petrleo del reservorio y permitir su combustin a un rgimen controlado. A medida que el frente de combustin avanza a tra-vs del reservorio, genera suficiente calor y gas de combustin como para reducir la viscosidad del petrleo que se encuentra delante de ella, e impulsarlo as hacia los pozos productores. Este mtodo se utiliza comercialmente en Rumania e India para producir determinados campos de petrleo pesado con un factor de recuperacin de aproximadamente un 50%. Actualmente se estn realizando pruebas pilotos de algunas variaciones de este mtodo tales como la inyeccin de aire Toe-to-Heel (THAI, por sus siglas en ingls) y el mtodo CAPRI, que es THAI utilizando un catalizador slido.

Aunque la combustin in situ puede alcanzar tasas de re-cuperacin elevadas, puede ser difcil de controlar y una falla puede impedir la posterior implementacin de otras alternativas para producir los hidrocarburos remanentes. De modo similar, los mismos agujeros de gusanos y vacos creados por el mtodo CHOPS pueden cerrar la puerta a posteriores opciones trmicas ya que habr demasiada comunicacin dentro del reservorio. Ambos mtodos pueden hacer ms difcil la perforacin de nuevos pozos en el yacimiento, siendo sta justamente la razn por la cual la seleccin del mtodo de recuperacin y la secuencia es tan importante, y es la razn por la cual la adquisicin de la mejor gama de datos posible sobre su yacimiento desempea un papel crucial. El mtodo CHOPS y la combustin in situ pueden ser opciones viables cuando las condiciones y los aspectos econmicos del yacimiento sean los correctos.

Otro proceso trmico, el drenaje gravitacional asistido por va-por (SAGD, por sus siglas en ingls) es una de las tecnologas que est siendo considerada para incrementar la produccin de los campos ubicados en el sector oriental de Venezuela. La tcnica es completamente diferente a la inyeccin de vapor tradicional y a la estimulacin cclica por vapor, y tiene una gama ms amplia de aplicaciones. Para el mtodo SAGD, se perforan en la zona productora pares de pozos horizontales, situndose uno de ellos

. . .Tecnologa

Vista de cerca del petrleo pesado

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entre 5 y 20 metros por arriba del otro, siendo la distancia influi-da por las condiciones del yacimiento. El vapor inyectado dentro del pozo superior calienta la formacin y reduce la viscosidad del petrleo alrededor del pozo. Luego la gravedad lleva el petrleo caliente hacia el pozo productor que se encuentra por debajo.

Ya que la generacin de vapor es el mayor costo individual, el truco del mtodo SAGD o cualquier proceso de vapor radica en minimizar la relacin vapor-petrleo (SOR, por sus siglas en ingls). Incluso una pequea variacin en el SOR puede impactar significativamente la economa global del campo.

La tecnologa SAGD fue desarrollada inicialmente para los yacimientos de petrleo pesado y bitumen de Canad para recuperar petrleo con alta viscosidad in situ (superior a 50,000 cP). En Venezuela las condiciones son diferentes (p.ej., presin, temperatura, viscosidad). Adems, a diferencia de las acumula-ciones comparables de otros lugares, los petrleos pesados de Venezuela tienen cantidades considerables de gas disuelto, que comnmente varan de 30 a 200 scf/stb. Por lo tanto, gran parte del petrleo pesado de Venezuela se produce mediante una com-binacin de procesos de recuperacin trmicos y en fro. As, se mezclan solventes o crudos ms livianos con los crudos pesados para aligerar y transportar el petrleo.

Los operadores en Alaska estn produciendo petrleo pesado de las formaciones West Sak y Schrader Bluff mediante la in-yeccin de colchones de agua alternados con gas (WAG, por sus siglas en ingls). El gas acta como un solvente para reducir la viscosidad y el agua ayuda a empujar el petrleo ms fino hacia los pozos productores. Este proceso, aunque no es tan efectivo como el trmico, recuperar ms petrleo que el mtodo de recuperacin primaria solamente.

Cmo manejar los pozos Para ayudar a manejar y optimizar los diversos sistemas

de recuperacin trmica se encuentran disponibles los sistemas de levantamiento artificial y las terminaciones de pozos de alta temperatura. Existen tambin nuevas maneras de monitorear y controlar el vapor en el yacimiento, incluyendo las herramientas de temperatura, presin y resistividad profunda, los medidores de presin de alta temperatura, y los instrumentos que miden la resistividad entre pozos y registran eventos microssmicos. Los aspectos econmicos y la naturaleza de gran volumen de los desarrollos de petrleo pesado llevan a algunos operadores a ser previsores en cuanto a la inversin en equipo adicional de monito-reo de pozo, sin embargo los resultados obtenidos en incremento de produccin y confiabilidad justifican los gastos.

Por ejemplo, la tecnologa de pruebas de pozos multifsicos Vx, fue utilizada para resolver los desafos relacionados con el levanta-miento y la medicin del flujo de los fluidos en los campos de petrleo pesado de Venezuela. Mediante el uso de una tcnica de medicin de alta frecuencia en una fraccin especfica fue posible lograr mediciones ms precisas de flujo multifsico en petrleo pesado. Su aplicacin en el campo Orocual de Venezuela es la principal para las mediciones de fluidos viscosos de ms de 10,000 cP en condiciones de lnea. La tecnologa permiti una mejor caracterizacin de los yacimientos, en menos tiempo que el requerido por los mtodos tradicionales. La velocidad hizo posible un notable mejoramiento en el diagnstico de pozos, incluyendo la deteccin temprana de

las conificaciones de gas o agua. Desde el punto de vista logstico, la eliminacin de las lneas de prueba, los separadores de prueba y los ductos para el venteo de gas, han incrementado la seguridad y mejorado el cumplimiento de las polticas ambientales.

Otro de los grandes avances en las tecnologas de petrleo pesado ha sido la introduccin de los sensores de temperatura dis-tribuidos de fibra ptica (DTS, por sus siglas en ingls) que pueden medir la temperatura del pozo en forma continua a lo largo de in-tervalos de un metro de longitud. Con los DTS, los operadores que utilizan el mtodo SAGD pueden ver donde se forman las cmaras de vapor a lo largo de toda la seccin horizontal, y luego utilizar la informacin para lograr un mejor manejo del barrido del vapor, y por consiguiente mejorar la eficiencia del uso del vapor.

En un proyecto de inyeccin de vapor en el campo del Lago Maracaibo, se utiliz para adquirir datos en tiempo real, el sis-tema de fibra ptica de medicin de la temperatura distribuida y de vigilancia de Schlumberger Sensa, con el propsito de mo-nitorear las caractersticas del pozo durante las fases de produc-cin e inyeccin. El objetivo era lograr comprender mejor el proceso de inyeccin de vapor con miras a la optimizacin de dicho proceso. Los datos de fondo de pozo adquiridos por el sis-tema mostraron el avance del frente de vapor a travs de toda la seccin horizontal e indicaron que se pueden estimular seccio-nes horizontales ms largas, incrementando potencialmente la longitud ptima de las secciones horizontales en los pozos inyec-tores e incrementando la produccin total. Los datos se transmi-tieron en tiempo real al equipo de trabajo en tierra utilizando el sistema Schlumberger InterACT de vigilancia y control.

Un plan comprometido Comparado con los crudos ms ligeros, la recuperacin del

petrleo pesado presenta consideraciones especiales con respecto a la salud, seguridad y medio ambiente (HSE, por sus siglas en in-gls); siendo el ejemplo ms obvio, la eliminacin final de la arena, el agua y el gas natural producidos. Esto lleva a que el HSE sea tanto una parte del planeamiento eficiente del yacimiento, como lo es la seleccin apropiada del levantamiento artificial.

Los estudios del diseo de ingeniera inicial (FEED, por sus siglas en ingls) pueden ayudar a reducir las huellas dejadas por el proyecto global, proveyendo vigilancia y control para el manejo del vapor, el secuestro de dixido de carbono y el cumplimiento de las polticas ambientales, particularmente para minimizar el impacto del dixido de carbono. Schlumberger ofrece soporte en estos aspectos permitiendo a los operadores lograr sus requeri-mientos de petrleo pesado y maximizar su eficiencia.

Comprender la composicin del petrleo pesado constituye una parte importante de todo nuevo plan de proyecto