14 rsm 2016-i - quimicos
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Recuperación Secundaria y Mejorada
Métodos Químicos
Semestre 2016-I
GEPM 1
Recuperación Secundaria y Mejorada¿Por qué?
¿Qué?• Proceso que recupera “aceite” no producido por
recuperación primaria o secundaria• Mejora eficiencia de barrido¿Por qué?• Hasta un 65% de aceite residual después de
Recuperación Secundaria• Mantener reservas
• Reservas Presentes = Reservas Pasadas + Incremento Reservas – Producción
• Motivación – Precios del petróleo altos (>US$50/bl)
GEPM 2
Recuperación Mejorada Métodos
• Basados en Gas• CO2• Aire• Gases Hidrocarburos• N2• Agua alternando Gas
(WAG)• Agua alternando Gas
asistido con espumas (FAWAG)
GEPM 3
• Basados en Agua• Surfactantes• Polímeros• Alcalinos• Geles-Polímeros• Agua con baja
salinidad• Bacterias
• Térmicos• Vapor
• Drene gravitacional asistido por vapor (SAGD)
• Inyección cíclica de vapor
• Combustión “In-Situ”
Métodos de Recuperación
GEPM 5
Recuperación Mejorada Aplicaciones
GEPM 6
Farouq Ali & Thomas, 1994
Casos “Comercialmente Viables”
Recuperación Mejorada “Pre-Calificación”
GEPM 7
PropiedadGas
HidrocarburoCO2 N2
Inyección
Cíclica de
Vapor
Vapor SAGDAgua
CalientePolímeros ASP
API >30-40 >22 >40 8-35 8-20 7-12 10-35 >15 >20
Viscosidad (cp) <3 <10 <0.4 103-10
610
3-10
44000-10
610
3-10
410-1000 <35
Profunidad (m) 1200-4800 >750 >3050 120-920 120-1400 75-920 <920 250-2750 150-2750
Permabilidad (md) -- -- -- >250 >250 >5000 >35 >100 >100
Presión (psia) >PMM >PMM >PMM 400-1500 <1500 Alta >2000 -- --
Saturación Aceite (%) >30 >20 >40 >50 >40 >50 >50 >30 >45
Espesor (m) Delgado Delgado Delgado >20-150 15-150 50-100 >20 -- --
Salinidad (ppm) -- -- -- -- -- -- -- <3000 <200,000
Temperatura (°C) Afecte PMM Afecte PMM -- -- -- -- -- <77 <94
SPE 129768 – Dickson 2010
Miscibles Térmicos Químicos
Recuperación Mejorada “Pre-Calificación”
GEPM 8
Recuperación Mejorada “Pre-Calificación”
GEPM 9
Taber, Martin, Seright - 1997
Recuperación Mejorada “Pre-Calificación”
GEPM 10
Taber, Martin, Seright - 1997
Recuperación Mejorada “Pre-Calificación”
GEPM 11
Taber, Martin, Seright - 1997
Métodos Químicos
Aquellos métodos de recuperación mejorada en loscuales se añade un químico al fluido de inyección conla finalidad de cambiar ciertas propiedades delsistema roca-fluidos y así obtener una recuperaciónadicional de aceite.
• Mejoran eficiencia de barrido
• Disminuyen producción de fluidos “indeseables”(agua)
GEPM 12
Métodos Químicos
Los métodos químicos más comunes son:
• Polímeros
• Surfactantes
• Alcalinos
GEPM 13
Métodos QuímicosPanorama Mundial
GEPM 14
Métodos Químicos “Pre-Calificación”
GEPM 15
Pope-Delshad, 2013
Parámetros Indispensables Parámetros Preferibles
API Número ácido del aceite
Viscosidad @ condiciones actuales de yacimiento
Profundidad, descripción geológica, mapas, secciones, espaciamiento de
fracturas, fotografías de núcleos
Saturación inicial de aceite (Soi), saturación residual de aceite actual (Sor),
saturación residual de aceite al agua verdadera
Composiciones (reportes de calidad de agua) del agua de formación, agua
de formación, aguas que podría usarse en la inyección de químicos
Permeabilidad Mineralogía, contenido de arcillas y tipo, CEC
Temperatura del yacimiento Mojabilidad
Salinidad, PH y dureza del agua de formación y agua de inyección Reporte PVT, Rs @ condiciones actuales, RGA
Porosidad Espaciamiento, patrones, gastos y presiones de los pozos
Espesor neto Permeabilidad relativa, Presión capilar
Litología (Carbonatos, Areniscas) Datos de comportamiento de inyección de agua, pruebas de trazadores
Heterogeneidad de la permeabilidad, fallas, fracturas, buzamiento,
casquete de gas, acuífero, costa afuera o costa adentro
Cualquier información de laboratorio o campo de estudios previos de RM,
PMM, etc…
Presión inicial y actual
• Litología: Casi todos los casos han sido en arenas• Surfactantes aniónicos Alta adsorción en carbonatos
• Anhidrita en carbonatos precipitación y altos consumos de alcalinos
• Arcilla Alta adsorción de polímero y surfactante
• Muy pocos proyectos en carbonatos
• Propiedades del aceite: composición crítica parasurfactantes y alcalinos
• Viscosidad < 35 cp alcalinos y surfactante
10-150 cp polímeros
Campos Chinos ASP con 10 cp (promedio)
Polímeros con 20-90 cp
GEPM 16
Métodos Químicos“Pre-Calificación”
• Agua Formación: muy importante salinidad y dureza• Mayoría proyectos anteriores Baja salinidad
• Casos Chinos 10,000 ppm, agua dulce inyectada
• Agentes Quelantes necesarios para agua dura (>1000 ppm)
• Biopolímero mas tolerantes a salinidad y dureza
• Temperatura:• ASP <93° C
• Pilotos AS temperatura promedio 27° C
• Pilotos S temperatura promedio 49° C
• Daqing aprox. 45° C (Polímeros)
• Algunos proyectos en China con 80° C
GEPM 17
Métodos Químicos“Pre-Calificación”
• Permeabilidad:• Alta permeabilidad FAVORABLE
• Baja inyectividad y alta retención de químicos
• Permeabilidad promedio 450 md AS
800 md P
• Casos Chinos 100 – 1000 md
GEPM 18
Métodos Químicos“Pre-Calificación”
Métodos Químicos:Fundamentos de Desplazamiento
• Dispersión
• Flujo Fraccional
• Relación de Movilidad (M)
• Eficiencias de Barrido
• Areal
• Vertical
• Volumétrica
GEPM 19
Dispersión
GEPM 20
Dispersión
GEPM 21
Flujo Fraccional
22GEPM
Relación de Movilidad
Se busca optimizar la relación de movilidad (M)
• M bajos (menos de 1) – indica que el aceite tienemayor movilidad en comparación al agua, lo queimplica un mejor desplazamiento
• M altos (mayores a 1) – produce interdigitación
GEPM 23
Eficiencia de Barrido
GEPM 24
𝑭𝑹 = 𝑬𝑫 × 𝑬𝑽
Eficiencia de Barrido
GEPM 25
Barrido Areal
Métodos Químicos:Polímeros
Definición
• Moléculas largas de alto peso molecular formadaspor varios “monómeros”
Objetivo
• Incrementar viscosidad del agua inyectada
• Mejorar eficiencia de barrido
• Disminuir permeabilidad efectiva
• Cambios de viscosidad (shear effect)
GEPM 26
Polímeros
GEPM 27
• Reducir movilidad del agua (disminuye índice de movilidad)
• Mejorar eficiencia de barrido (cubre más área)
Polímeros
Polímeros Comercialmente Disponibles
• Biopolímeros Polisacáridos
• Xantham
• Polímeros sintéticos
• Poliacrilamida (PAM)
• Poliacrilamida Hidrolizada (HPAM)
• Acrilamida Metil Propano Sulfonato (AMPS)
GEPM 28
Polímeros
Puntos Importantes…
• La viscosidad del polímero cerca de pozo es baja (por losefectos “shear”), esto ayuda a la inyectividad, lejos de lavecindad del pozo se desea una mayor viscosidad
• Inyectar por encima de la presión de fracturaincrementa considerablemente la inyectividad, es unapráctica común pero no mencionada en la literatura(cuestiones ambientales)
• Trabajo dedicado de laboratorio, control de calidad eimplementación en campo son puntos críticos para eléxito – NO SE TRATA DE SOLO INYECCIÓN DE AGUA
GEPM 29
Polímeros
Caracterización de Polímeros
• Mediciones de viscosidad real
• Mediciones de viscosidad aparente
• Retención en el yacimiento (Adsorción)
• Estabilidad termodinámica en el yacimiento
Unidades comunes
• g/m3
• ppm
• %peso
GEPM 30
1 %peso = 10,000 ppm
Polímeros
Viscosidad depende de:
• Tipo de polímero
• “Shear rate” (efecto de cizalla)
• Concentración
• Salinidad
• pH
• Concentración de iones divalentes
GEPM 31
Polímeros: Limitaciones
• Degradación de la viscosidad
• Alta salinidad y dureza
• Alto “shear rate”
• Degradación mecánica (en el pozo y su vecindad)
• Estabilidad térmica (hidrólisis)
• Perdidas Adsorción
• Perdidas ataque de bacterias (Xantham)
• Reducción de la permeabilidad en rocas pocopermeables (solo HPAM)
• Inyectividad (perdida)
GEPM 32
Polímeros: Avances
• Moléculas tolerantes a altas salinidades
• Moléculas estables a altas temperaturas
• Moléculas mas largas y con mayor viscosidad
• Uso de mayores cantidades (masa) de polímeros
• Comportamiento visco-elástico (aumenta eficienciade desplazamiento)
• Sinergia entre baja salinidad e inyección depolímeros
GEPM 33
Polímeros: Instalaciones
GEPM 34
Bomba para captar agua de mar
Desalinizadora
Almacenamiento del polímero (seco)
Equipo de mezcla del polímero
Almacenamiento de químicos
Bombas para la solución “madre”
Línea de inyecciónTanque para hidratar el concentrado de polímero
Bombas de inyección de agua desalinizada
Tanque de agua desalinizada
S. Ayirala et al. (SPE 129926, 2010)
Surfactantes
• Mismo concepto del detergente/jabón pararemover mugre con aceite
• Contiene un agente activo
• Reduce la tensión interfacial entre el aceite y el agua
• Aceite atrapado por fuerzas capilares se puededesplazar por los espacios porosos de la roca
GEPM 35
GEPM 36
Clasificación de Surfactantes
AnionicosSulfonatosSulfatosCarboxilatosFosfatos, etc…
CationicosAmonioPiridinoPiperidinaSulfonio, etc…
AnfóterosAminocarboxilicosÁcidos, etc…
No-ionicosAlquilosAlquilo-arilAciloAciloamindoAciloamindo-glicol éter, alcanolamidas, etc..
Mas comunes
Buenos formadores de
espumas
Se disuelven en CO2
hidrofóbicohidrofílico
Elementos para Selección de Surfactantes
¿Qué se necesita? Como se logra
Capaz de lograr una tensión interfacialultra-baja (alto índice de solubilización)
Concentración de moléculas largas en la interfase
Estabilidad a altas temperaturas y pH Uso de surfactantes sulfonatos/sulfatos
Evitar geles, cristales líquidos y fases viscosas
Hidrofóbicos, álcali, co-solventes, mezclasde surfactantes
Baja adsorción y retención en areniscas y calizas
Álcali, elevar pH, buen comportamientos de fase de microemulsiones y baja viscosidad de las mismas, gradientes químicos
Rápida coalesencia y equilibrio Álcali, co-solventes, hidrofóbicos
Disponibilidad comercial y bajo costo Pocos pasos sintetizadores con hidrofóbos
GEPM 37
Surfactantes en Agua
GEPM 38
concentración total del surfactante
Concentración crítica de la micela
Concentración del surfactante
monómero
Monómeros
Micelas
Comportamiento de fases –Molécula del surfactante
GEPM 39
Tipo I Tipo III Tipo II
Fase no acuosa
Fase acuosa
Microemulsión
Clasificación Winsor
Para lograr transición al tipo III• Aumentar electrolito• Añadir alcoholes pesados• Reducir temperatura• Aumentar el tamaño de la cola del
surfactante
La formación rápida de microemulsiones es crucial para la aplicación de surfactantes en RM
Álcalis
• Se inyectan químicos alcalinos junto con agua(carbonato de sodio o hidróxido de sodio)
• Los químicos reaccionan con el aceite para formarsurfactantes “in-situ”
• Mas eficientes con aceite de mayor acidez (menoresa 20° API) y en areniscas menores a 200° F
GEPM 40
Álcalis
Por lo general se inyectan juntos (ASP)
• Aceites viscosos buenos candidatos (generan“jabón” al reaccionar con los álcalis)
• Altas saturaciones de aceite residuales luego deinyección de agua
• Mejor en yacimientos de alta porosidad ypermeabilidad
GEPM 41
Álcalis-Surfactantes-Polímeros (ASP)
1. Álcali – generan “jabón” y reducen la adsorción delsurfactante
2. Surfactantes – reducir tensión interfacial
3. Polímero – control de movilidad
GEPM 42
Álcalis-Surfactantes-Polímeros (ASP)
GEPM 43
Métodos Químicos
GEPM 44
GEPM 45
Métodos Químicos
GEPM 46
Métodos Químicos
GEPM 47
Métodos Químicos
GEPM 48
Métodos Químicos
GEPM 49
ASP – Casos de Campo
GEPM 50
GEPM 51