inyección cíclica de vapor

Métodos de recobro

INYECCIÓ CÍCLICA DE VAPOR

JORGE PALMA BUSTAMANTE

Métodos de recobro

RECUPERACIÓN TÉRMICARECUPERACIÓN TÉRMICA

Baja Relación Gas-Aceite, lo que significa

una Recuperación Primaria Baja

Altas viscosidades

Hidrocarburos pesados

Baja gravedad API

Bajas movilidades

Baja presión inicial

Métodos de recobro

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

wfeoo rrLnB

PPhkq

310*08.7

o

eP

RECUPERACIÓN TÉRMICARECUPERACIÓN TÉRMICA

Métodos de recobro

ESTIMULACIÓN CON VAPOR

REMOJO PRODUCCIÓN

INYECCIÓN

Métodos de recobro

INYECCIÓN CÍCLICA DE VAPOR

Métodos de recobro

EFECTOS DEL VAPOREFECTOS DEL VAPOR

Disminuye la Saturación

Residual por expansión térmica del

aceite.

Destilación de livianos.

Craqueo Térmico

Incremento en la Eficiencia

Desplazamiento Miscible.

Métodos de recobro

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

Métodos de recobro

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

Métodos de recobro

CRITERIOS DE APLICACIÓNPARÁMETRO DEL YACIMIENTO NPC 2007

Estatus ComercialFormaciones someras <160 pies NoProfundidades entre 160 y 320 pies NoProfundidades 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 NoArenas delgadas (<30 pies) Posible con pozos horizontalesFormaciones altamente laminadas Posible con pozos horizontales

Métodos de recobro

ESTIMULACIÓN CON VAPOR

Métodos de recobro

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

Métodos de recobro

RESPUESTA INYECCIÓN CÍCLICA

Fuente. CURSO CMG, 2011, GRUPO RECOBRO MEJORADO

Métodos de recobroFuente. CURSO CMG, 2011, GRUPO RECOBRO MEJORADO

RESPUESTA INYECCIÓN CÍCLICA

Métodos de recobro

EFECTOS DE LA ESTIMULACIÓN

• Reducción de la viscosidad del crudo• Expansión del crudo• Limpieza de la zona de daño

Métodos de recobro

FACTORES QUE AFECTAN

FACTORES

B

E

C

D

APRECIO DEL CRUDO

COSTO COMBUSTIBLE

COSTOS DETRATAMIENTO

YACIMIENTO REQUERIMIENTO DE EQUIPOS

Métodos de recobro

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

Métodos de recobro

PR

OD

UC

CIÓ

N

AC

UM

UL

AD

A

TIEMPOIny. De vapor

Producción incremental

ESTIMULACIÓN CON VAPOR: PRODUCCIÓN INCREMENTAL

Métodos de recobro

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

Métodos de recobro

DAÑO

Métodos de recobro

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

Métodos de recobro

VISCOSIDAD Y DENSIDAD DEL CRUDO

Métodos de recobro

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.

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

Relación Arena-ArcillaR

elac

ion

acei

te-v

apor

incr

emen

-ta

l (R

AV

), B

ls/B

ls

Efecto de la Relación arena-arcilla sobre la RAV. Fuente Boberg, T.C. Termal Method of Oil Recovery

Arena/Arcilla <Arena/Arcilla >


Métodos de recobro

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 ft100 ft


Métodos de recobro

PROFUNDIDAD

< 3000 ft

> 3000 ft


Métodos de recobro

ACUÍFERO

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


Métodos de recobro

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.

Métodos de recobro

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.

Métodos de recobro

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.

Métodos de recobro

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.


Métodos de recobro

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


Métodos de recobro

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


Métodos de recobro

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.


Métodos de recobro

CALIDAD Y TIEMPO DE REMOJO

80 – 90 % calidadVapor 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


Métodos de recobro

ESPACIAMIENTO

Viscosidad del fluido

Radio de la zona calentada

Características geológicas

Fallas o formaciones con altos buzamientos.

Crudos pesados

8 -10 acres


Métodos de recobro

POZOS HORIZONTALES

Ventajas

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.


Métodos de recobro

Ventajas

Reducción de impactos adversos por parte de un acuífero o capa de gas.

Reduce el fenómeno de conificación de agua.

POZOS HORIZONTALES


Métodos de recobro

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.

Métodos de recobro

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).

Métodos de recobro

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% Roca5% Petróleo

5% Agua

Formaciones adyacentes

T≈400-500°F T≈150-200°F

Pérdidas de Calor en el Sistemas de Inyección

Métodos de recobro

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.

Métodos de recobro

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

Métodos de recobro

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).

Métodos de recobro


• 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.

Métodos de recobro


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.

Métodos de recobro

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)

Métodos de recobro


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

/

. * * * / .*

Métodos de recobro


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. * *

Métodos de recobro

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

ModeloMecanism

o de Empuje

Geometría de la Zona Calentada

Temperatura

PromedioMejoras/Aportes

Boberg-Lantz(1966)

PresiónCilíndrica, 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)


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)


Cilíndrica espesores grandes

DecrecienteTiene en cuenta cambios en las saturaciones de aceite y agua durante el período de producción.

Gontijo-Aziz(1985)


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)


CilíndricaEspesores 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)


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.

Métodos de recobro

ESTADO MECÁNICO POZO TÉRMICO

Tubería superficial

Hueco

Tubería de revestimiento

Collar flotador

Zapata

Hueco ensanchado

Tubería de producciónVarillas

Liner ranurado

Grava

Bomba

Métodos de recobro

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

Métodos de recobro

PETRÓLEO GAS NATURAL

Poder calorífico 6177590 Btu/BlValor del crudo 15 US$/BlValor total 18210 US$

Poder calorífico 1100 Btu/pcValor del gas 2.2 US$/MBtuValor total 16500 US$

COMBUSTIBLE NECESARIO PARA PRODUCIR 7500 MBTU

Métodos de recobro

GENERADOR DE VAPOR

• Tasa de Alimento de agua, (Bls/hr) 120

• Tasa de Alimento de gas, (Pies3/hr) 50000

• Eficiencia Térmica, (Fracción) 0.8

Métodos de recobro

MODELO INYECCIÓN DE VAPOR

Métodos de recobro

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 Recovery. Efecto de la viscosidad inicial del aceite en el RAV.

inyección cíclica de vapor

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