Inyección Continua de Vapor
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Inyección Continua de Vapor
Resumen
La inyección continua de vapor es un método de recobro mejorado, aplicado principalmente a
crudos pesados. La técnica consiste en la inyección de vapor continuamente al reservorio
desde un pozo inyector, con el fin de aumentar la temperatura del petróleo y disminuir su
viscosidad para propiciar el flujo hacia un pozo productor. Es utilizado especialmente en
yacimientos someros, con arenas de alta permeabilidad o no consolidadas. El objetivo
principal del método es el aumento del recobro del crudo mediante la reducción de la
saturación residual de petróleo, el aumento de la permeabilidad relativa al petróleo, el
suministro de un empuje por gas como consecuencia del flujo de vapor en el reservorio y una
alta eficiencia de barrido. Los factores que favorecen la aplicación de este mecanismo son
crudos con altas viscosidades, alta gravedad específica y espesores de arena gruesos. Se
deben diseñar cuidadosamente los planes de inyección para disminuir al máximo las pérdidas
de calor desde superficie hasta yacimientos adyacentes, principal falla de operación. Aunque
existen parámetros que limitan la aplicación del método, han sido implementados planes
pilotos en campos con condiciones muy adversas donde se ha podido incrementar el recobro
utilizando la inyección continua de vapor, un ejemplo es el Campo Emeraude en la República
Democrática del Congo, donde fue probado con éxito este mecanismo.
Introducción
Los métodos de recobro mejorado son técnicas aplicadas a yacimientos cuyos mecanismos
primarios de producción han sido agotados, por lo que es necesario suministrarles energía
para recuperar las reservas remanentes, más allá de procedimientos de mantenimiento de
presión. Esta es una situación común en la actualidad; los grandes yacimientos típicamente
desarrollados están agotando su energía y disminuyendo su producción. Los métodos
térmicos de recuperación mejorada son un subgrupo de estos métodos de recobro mejorado y
engloban los procesos de inyección de agua caliente, vapor y combustión in situ. La inyección
de vapor es el método más utilizado a nivel mundial y el que más altos recobros reporta (50 –
60 por ciento). Su mayor efecto es la reducción de la viscosidad del crudo para promover su
flujo. Existen dos maneras de realizar la inyección de vapor a los reservorios, como inyección
continua de vapor y como inyección cíclica, la mayor diferencia entre ambos radica en el
tiempo de exposición al calor del crudo y el área de aplicación. La inyección continua de vapor
implica el uso de dos pozos, uno inyector y otro productor, el yacimiento es enfrentado a un
frente continuo de vapor que entra en él y propicia el cambio en propiedades tanto de los
fluidos como de la roca. La inyección cíclica es un mecanismo de estimulación a pozos, donde
el vapor se inyecta por el mismo pozo productor, el cual es luego cerrado por un período de
tiempo suficiente para que las propiedades del fluido cambien y sea más fácil su producción.
Es importante conocer las tecnologías aplicadas al recobro mejorado para implementarlas de
manera eficiente y rentable para así obtener mayores tasas de producción y cubrir la creciente
demanda mundial de energía.
Fundamentos de la tecnología
La inyección continua de vapor es un proceso por el cual se suministra calor al yacimiento
para incrementar su temperatura y aumentar la energía necesariapara desplazar el crudo. El
vapor inyectado al yacimiento transmite calor a la formación y a los fluidos que esta contiene.
La inyección de vapor es el método de recobro terciario mas utilizado actualmente. El proceso
involucra la inyección de vapor generado en superficie o en el fondo de pozo. Su principal
objetivo es mejorar el factor de recobro. El primer reporte que se tiene de inyección de vapor
ocurrió en 1934 en el Campo Woodson- Texas en Estados Unidos, donde se realizó una
prueba piloto por 235 días, durante los cuales se inyectó vapor a una formación cuyo espesor
eran 18 pies y estaba a 380 pies de profundidad, resultando en el aumento en ocho veces de
la tasa de producción.
El éxito de la tecnología se logra mediante la reducción de la viscosidad del crudo, lo que
permite mejor flujo del crudo a través del aumento de la relación de movilidad, hacia los pozos
productores. La efectividad del método se basa en el incremento del recobro mediante varios
puntos:
1. Reduce la saturación de petróleo residual y mejora el valor de permeabilidad relativa al
petróleo (Kro).
2. Incrementa la eficiencia del barrido de fluidos.
3. Permite la vaporización y destilación de las fracciones más livianas de hidrocarburo, que
luego se convierten en condensados y pueden ser producidos.
4. Provee un mecanismo de empuje por gas debido al frente de vapor que se desplaza y lleva
al crudo hacia los pozos productores.
El proceso depende de los siguientes parámetros:
1. Cambio de las propiedades, a condiciones de yacimiento, del crudo. Se observa el cambio
de comportamiento de fases, densidad, viscosidad, compresibilidad, composición y
propiedades PVT de los fluidos presentes.
2. Propiedades de la roca tales como permeabilidad absoluta, porosidad y compresibilidad.
3. Propiedades de interacción roca fluido, afectadas por el incremento de la temperatura, como
tensión interfacial (disminuye), permeabilidad relativa (Kro aumenta), presión capilar
(disminuye para sistemas agua- petróleo), mojabilidad (el agua moja más a la roca debido
el descenso entre el ángulo de contacto crudo-agua).
4. Propiedades térmicas de la formación y los fluidos que contiene como calor específico,
conductividad térmica, coeficiente de expansión térmica y los cambios que se producen
con el incremento de la temperatura.
5. Condiciones del yacimiento y sus alrededores, como saturación inicial de crudo,
formaciones adyacentes, heterogeneidad, presión y temperatura del mismo.
6. Geometría del flujo, patrones de flujo, espaciamiento, localización y espesor inyección-
producción.
7. Condiciones relacionados al programa implementado como tasa de inyección de vapor,
presión y calidad del vapor, cantidad acumulada de vapor, etc.
El proceso consiste en lo siguiente, se cuenta con un pozo inyector y un pozo productor,
desde el pozo inyector se le inyecta a la formación vapor que ha sido generado bien sea en
superficie con equipos destinados a esta labor (generadores de vapor) o con el uso de
generadores especiales en el hoyo, que mediante combustión calientan el agua suministrada
y proveen el vapor para la técnica. Al llegar a la formación el vapor se mueve a través de los
poros interconectados y en las zonas más cercanas al pozo el crudo se vaporiza y es
empujado hacia adelante; parte del crudo no es removido, sin embargo el crudo remanente
estará a mayor temperatura. A medida que avanza el frente de crudo también avanza el frente
de vapor, parte del cual eventualmente se condensará debido a las pérdidas de calor hacia las
formaciones adyacentes. El agua condensada se encontrará a la misma temperatura del
vapor y generará un banco de condensado caliente, que permite el empuje de parte del crudo
a medida que se enfría y llega a la temperatura de yacimiento, punto desde el cual se
incorpora como influjo de agua. Esto define 3 zonas principales en el área de influencia del
vapor. La zona de vapor donde predomina el efecto de la destilación. La temperatura del
yacimiento es casi igual a la del vapor y solo se mueve el petróleo gaseoso que ha sido
vaporizado y el agua, el líquido permanece inmóvil. La temperatura del vapor permanece casi
constante, disminuyendo en la dirección del flujo. La temperatura y la presencia de la fase de
vapor permite que las fracciones más livianas se vaporicen y muevan hasta el banco frio de
crudo, dejando atrás a las fracciones más pesadas, cuya saturación puede quedar en 15 por
ciento, dependiendo de su viscosidad y de la temperatura del vapor. En esta zona ocurre un
empuje por gas. Se estima que se puede aumentar en 20 por ciento el recobro debido a esta
zona y se logra enriquecer el crudo.
En la zona de agua caliente la expansión térmica del petróleo toma lugar, haciendo que el
crudo se expanda y se mueva, disminuyendo la saturación residual. Si la viscosidad del crudo
disminuye con la temperatura, el influjo de agua caliente será un método eficiente de
recuperación.
Luego se presenta la zona de agua fría, el recobro de esta zona está determinado
principalmente por las propiedades térmicas del crudo. La expansión térmica del crudo se
encarga de aportar entre el 3 y 5 por ciento del recobro; el desplazamiento del crudo depende
básicamente de la reducción de la saturación residual con la temperatura, esto puede traer
entre 10 y 20 por ciento del recobro en las zonas no barridas por vapor, aquí también se
condensa las fracciones vaporizadas anteriormente. En la zona fría el recobro es similar al
influjo de agua y la saturación residual de hidrocarburo queda entre 20 y 25%.
Ventana de aplicación
Se prefiere a los yacimientos someros debido a que se minimizan las pérdidas de calor a
través del pozo; formaciones más profundas poseen mayor temperatura y no se aprovecha del
todo el calor del vapor. La presión es mayor en yacimientos más profundos por lo que se
necesita suministrar más calor y se aumentan el riesgo de fallas operacionales. De acuerdo a
Abdus y Thaker (1994) el rango de profundidades que en las que se utiliza la técnica varía
entre 300 y 5000 pies. Aunque la temperatura no limita al proceso, es deseable que se
encuentre entre 300 a 400 °F.
Debido a la diferencia de densidad entre el crudo y el vapor se observa una segregación del
vapor lo que causa la invasión de los pozos productores por el vapor y genera que solo 1/3 del
yacimiento sea barrido. Una recomendación importante para evitar esto es la inyección en el
fondo del pozo. Cerca de dos tercios del calor del vapor se utiliza para calentar a la formación,
por lo que gran parte del calor no se utiliza para el desplazamiento de fluidos
El agua es escogida por poseer una alta capacidad de transporte de calor frente a otras
sustancias, bien sea en su fase líquida o de vapor, por poseer el calor latente más alto y estar
disponible fácilmente. El generador de vapor provee vapor cuya presión está entre 2000 a
2500 libras por pulgada cuadrada (lpc), con calidad de entre 80 a 85 por ciento. El agua
utilizada debe ser limpia para evitarla corrosión del equipo y partículas sólidas suspendidas en
el vapor. Debe ser de dureza menor a 1 parte por millón (ppm), sólidos totales disueltos
menores a 20 por ciento y menos de 5 ppm de sólidos suspendidos, con un pH entre 7 y 12.
Espesor
Esto influye en la pérdida de calor a las formaciones adyacentes, por lo tanto mientras más
gruesa la formación, mejor el desempeño del proceso. Por lo general es recomendable que el
espesor de la formación se encuentre entre 20 y 400 pies.
Permeabilidad
Debe ser lo suficientemente alta para permitir la inyección de vapor y el flujo de crudo hacia
los pozos productores. Se estima que el rango deseable abarca entre 100 y 4000 milidarcys
(md).
Saturación de petróleo residual original
Se sugiere que sea mayor al 40%. Las porosidades esperadas deberían ubicarse sobre el 20
por ciento para hacer del método rentable económicamente
Viscosidad del crudo
Los rangos estándares de aplicación reportan viscosidades entre 1000 a 4000 centipoises
(cp), aunque autores coinciden en que para viscosidades menores el método es también
aplicable.
Gravedad API
Entre 10 y 36°API.
En general se espera que la saturación de crudo sea alta y su viscosidad también. Es
aplicable a crudos livianos, aunque el empuje por agua es un mejor método para producirlos.
Se presentan problemas técnicos al usar yacimientos heterogéneos o con alto contenido de
arcillas hinchables, que comprometen la permeabilidad. No es recomendado en yacimientos
carbonáticos.
Pérdida de calor
En este proceso el vapor es el medio que se utiliza para transmitir el calor a la formación. Solo
una parte del calor que se le transmite al vapor en el generador llega a la formación.
Zonas de pérdida de calor
1. Superficie: generador y tuberías. Cerca del 20 por ciento del calor se pierde en el generador
y de 3-5 por ciento en las tuberías que llevan el calor hacia el pozo inyector, aún estando
bien aisladas.
2. Pozo, tubería de inyección y revestimiento: a medida que el vapor se desplaza a través del
pozo existe pérdida de calor debido a la diferencia entre la temperatura del vapor y las
formaciones que atraviesa el pozo. Es significativa en pozos muy profundos o con tasa de
inyección baja, es por esto que las tuberías de inyección son bien aisladas. Existen
maneras de evitar las pérdidas, por ejemplo, rellenar el espacio anular con crudo, gas
presurizado o series de tuberías de aislamiento concéntricas.
3. Pérdida a las formaciones adyacentes.
Los generadores de vapor en el fondo del hoyo evitan las pérdidas de calor en superficie y en
el pozo. Utilizan combustible y aire, que son inyectados por separado, creando una cámara de
combustión en el pozo frente a la formación de interés; el combustible es encendido por una
chispa eléctrica y calienta al agua que es inyectada en la cámara de combustión y se
vaporiza. Entre sus ventajas se encuentran la disminución de las pérdidas de calor, menos
contaminación, mayor temperatura del vapor, presurización del reservorio y facilidades de
operación costa afuera.
Eficiencia del barrido
El barrido depende de la relación de movilidad, debido a que por lo general la Kro es
independiente de la viscosidad, entonces este parámetro esta dado por la relación de
viscosidad entre el crudo y el agua; mientras menor sea este valor, menor será el barrido.
El espaciamiento de los pozos depende de las características del yacimiento y de parámetros
económicos. Es común que el plan de explotación contemple un espaciamiento mínimo que
permita la aplicabilidad de recobro secundario y terciario, lo que evita la perforación a futuro
para implementar estas prácticas.
Caso de estudio
Prueba piloto de Inyección de Vapor en el Campo Emeraude (costa afuera).
El campo Emeraude contiene altas cantidades de reservas de crudo viscoso (100 cp, a
condiciones de yacimiento). Fue explotado por 14 años antes de decidir implementar la
inyección de vapor, recuperándose apenas el 3% de petróleo in situ, y quedando el reservorio
agotado. De continuar con mecanismos de producción primarios solo se alcanzaría entre el 5
y el 10 por ciento de recobro en un plazo de 20 años. Se consideraron varios métodos de
recobro mejorado, entre ellos la inyección de agua, que irrumpió rápidamente en los pozos
productores; la combustión in situ fue probada en condiciones de laboratorio pero se
desestimó debido a que la mayor parte del crudo quedaría como residuo en la formación. El
suministro de agua alcalina también fue probado e igualmente reprobado debido a problemas
de incompatibilidad entre el agua alcalina y el agua de formación. En pruebas de laboratorio la
inyección continua de vapor arrojó resultados prometedores. Como consecuencia de esto se
implementó en programa de inyección de vapor con los siguientes objetivos:
1. Probar la viabilidad de la técnica en condiciones adversas como perforación de pozos con
taladros inclinados que utilizan bombas para producción, cementación de zonas
fracturadas y generación de vapor con agua de mar.
2. Evaluar el comportamiento del reservorio frente al método, el tiempo de intrusión de vapor a
los pozos, tasa de recobro y la relación crudo-vapor.
Características geológicas del reservorio y de los fluidos.
El campo se encuentra 20 km hacia el sur, costa afuera de la Republica Democrática del
Congo. La estructura es un anticlinal cortado por una falla. Los reservorios son someros (entre
200 a 500 metros de profundidad) y están compuestos por rocas como calizas limolíticas o
dolomíticas. La prueba piloto para implementar la técnica se realizó en los yacimientos de
calizas limolíticas, las cuales contienen la mayor cantidad de crudo y se poseen 50 metros de
espesor. La estratigrafía del área seleccionada varía entre limolitas, desde poco consolidadas
a muy compactas pero fracturadas y calizas compactas. La permeabilidad de los yacimientos
considerados se ubica desde 0,1 a 5 md hasta 50 md. El crudo presente resulta ser
subsaturado, cuyo punto de burbuja es 333,6 lpc. Relación gas petróleo disuelto (Rs) de 266
PCN/BN, viscosidad de 100 cp y de 22°API.
Con la aplicación del método desde marzo de 1985, se buscó aprovechar la inyección de
vapor para la vaporización de las fracciones más livianas de crudo, la expansión térmica del
crudo y la reducción de la viscosidad del crudo. En condiciones de laboratorio, utilizando
núcleos limolíticos saturados a condiciones adiabáticas de yacimiento, se logró recuperar el
84,5 por ciento del crudo con una temperatura de inyección de 459°F y una presión de 450
lpc. Basándose en los resultados de esta prueba, se instalaron dos sistemas de inyección con
cinco pozos cada uno (4 productores y 1 inyector), con un espaciamiento de 130 metros entre
los pozos. Se esperaba que la zona calentada cubriera una vasta área, de manera de poder
aprovechar al máximo los efectos de expansión, vaporización y el mantenimiento de
presión. El área escogida tenía bajo buzamiento para evitar la segregación del vapor, bajas
relaciones agua-crudo y gas-crudo y bajas tasas de recobro. Se construyeron dos plataformas
para albergar los equipos de generación de vapor y de perforación. Durante la aplicación de la
prueba, la producción de crudo y su análisis, el corte de agua, temperatura y presión fueron
medidas regularmente. La tasa de inyección de vapor fue de 513 bbl/d. En las primeras etapas
no se notó cambio alguno en las condiciones del yacimiento, sin embargo el 70 por ciento del
vapor inyectado era producido en pozos de formaciones adyacentes, evidenciado por el
aumento en el corte de agua de esos pozos. Luego de 5 meses de implementación, se
registró el incremento de la producción de 63 a 284 bbl/d, al mismo tiempo el corte de agua
aumentó de 10 a 50 por ciento y la relación gas petróleo disminuyó, la temperatura de fondo
de pozo aumentó de 30 a 90 °F y la salinidad del agua de formación disminuyó, lo que
evidenció el desplazamiento del vapor dentro del yacimiento. Las conclusiones a las que se
llegaron con el estudio fueron:
La aplicación de la inyección continua de vapor es una solución original para aumentar la
cantidad de crudo recuperado en lugar del uso del recobro primario, a pesar de las dificultades
que presenta el yacimiento (yacimiento costa afuera, somero, heterogéneo y agotado). Los
problemas técnicos (espaciamiento apropiado entre los pozos, perforación y cementación de
zonas agotadas y fracturadas, unidades de bombeo adaptadas a pozos inclinados, producción
de vapor con agua de mar) fueron solucionados. Como resultado final la inyección de vapor
pudo ser implementada como mecanismo de recobro mejorado en los yacimientos del Campo
Emeraude, ya que esta mejoró la tasa de producción de crudo, incrementándola casi cuatro
veces.Actualmente empresas operadoras como Perenco Oil and Gas, continúan desarrollando
esta tecnología para el aprovechamiento del campo.
Recobros esperados
El recobro generado por esta técnica se ubica entre 50-60 por ciento, con valores que pueden
llegar al 75 por ciento.
Costos asociados
La implementación de estos planes de manera económicamente rentable depende
principalmente de la relación vapor-crudo durante el proceso, la cual puede ser estimada con
anticipación. Un proyecto de inyección de vapor debe ser capaz de pagar por su inversión y
generar un retorno aceptable de la inversión. En la actualidad estos proyectos resultan ser
costosos debido a un tercio crudo recuparado es utilizado para generar el vapor necesario.
Conclusiones
El uso de métodos térmicos de recobro mejorado es un opción común en campos donde los
yacimientos han agotado su energía y necesitan ser estimulados para recuperar las reservas
restantes que poseen. Debido a la facilidad de la técnica y a su amplia aplicación resulta en un
mecanismo aprovechable frente a otras metodologías. La inyección continua de vapor permite
aumentar la tasa de producción de los reservorios donde se implementa y por lo general arroja
resultados satisfactorios y los mayores recobros en métodos probados de recobro mejorado.
Es importante el conocimiento de las condiciones geológicas de las formaciones y de las
propiedades de los fluidos para el diseño del mejor programa de inyección.
Debido a su impacto en la reducción de la viscosidad, esta técnica emplea como buenos
candidatos a reservorios con crudos pesados y extrapesados, muy abundantes en Venezuela
y futuros contenedores de las mayores reservas a ser explotadas.
Referencias
1. CARCOANA, A. “Applied Enhanced Recovery”, Prentice Hall (1992).
2. COUDERC, B.M., VERPEAUX, J.F., QUETTIER, M. “Emeraude Vapeur: A Steam Pilot in an
Offshore Enviroment”, paper SPE 16723 presentado en la 62° Conferencia y Exhibición
Técnica Annual de la Sociedad de Ingenieros de Petróleo, Dallas, Septiembre 27-30 (1987).
3. DONALDSON, E.C., CHILINGARIAN, G.V., YEN, T.F.: “Enhanced Oil Recovery, II Processes
and Operations”, Elsevier, E.E.U.U. (1989).
4. LAKE, L. “Enhanced Oil Recovery”, Prentice Hall, E.E.U.U. (1989).
5. LATIL, M. “Enhanced Oil Recovery”, Instituto Francés de Petróleo, Francia (1980).
6. SATTER, A., THAKER, G. “Integrated Petroleum Reservoir Management. A Team Approach”,
PennWell Books, E.E.U.U. (1994).
7. TEKNICA. “Enhanced Oil Recovery”, Teknica Petroleum Services Ltd, Canadá(2001).
.
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