República Bolivariana de Venezuela

Ministerio del Poder Popular para la Defensa

Universidad Nacional Experimental

Politécnica de la Fuerza Armada Bolivariana

Núcleo Anzoátegui – Ambiente Pariaguán

Profesor:

Ing. Balza Nathaly

Bachilleres:

Amparan Andrés C.I. 23.512.426

Fernández Danielys C.I. 25.313.385

Gamez Luis C.I. 23.512.134

Higuera Evelin C.I. 24.610.001

Medina Yosmar C.I. 24.609.785

López Darwin C.I. 20.073.687

Pinto Yaismar C.I. 22.856.143

Romero Milagros C.I. 24.577.749

VII Semestre. Sección PG1

1. Inyección de agua caliente.

Figura 1. El petróleo se desplaza inmisciblemente, tanto por agua caliente como por agua fría.

Figura 2. Inyección de agua caliente.

El agua caliente tiene una viscosidad menor que el agua cuando es inyectada en el método convencional, sin embargo, la relación de movilidad de los fluidos presentes es más favorable para la inyección de agua caliente ya que estamos reduciendo la viscosidad del petróleo.

2. Mecanismos de recuperación en inyección de agua caliente.

El agua caliente se mueve alejándose del pozo de inyección, esta se mezcla con los fluidos de yacimientos formados así una zona calentada en la cual la temperatura varía desde la temperatura de inyección en el pozo inyector.

La mejor manera de obtener datos sobre el comportamiento de los desplazamientos con agua caliente es comparando los resultados obtenidos de la inyección de agua caliente y la de inyección convencional de agua.

Figura 3. Distribuciones calculadas de saturación de agua y temperaturas resultantes del desplazamiento de petróleo por agua a varias temperaturas de inyección e iniciales.

3. Calculo de la recuperación de petróleo por inyección de agua caliente.

Consiste en utilizar la teoría de desplazamiento de Buckley – Leverett para determinar la distribución de saturación.

Fournier ha presentado un método de cálculo para predecir la recuperación de petróleo por inyección de agua caliente, basado en el procedimiento previamente descrito. En particular ha limitado su estudio a un sistema radial.

Las ecuaciones del modelo de Fournier son las siguientes:

Ecuación de Buckley – Leverett para flujo radial,

(𝝏𝒓𝟐

𝝏 𝒕 )𝑺𝒘

=𝟓 ,𝟔𝟏𝟓𝒒𝒘𝝅 .∅ .𝒉 ( 𝝏 𝒇𝒘𝝏𝑺𝒘 )

𝒕

(1)

La tasa de avance

Dado que fw como Sw son funciones de , la ecuación (1) se puede escribir como,

(𝝏𝒓𝟐

𝝏 𝒕 )𝑺𝒘

=𝟓 ,𝟔𝟏𝟓𝒒𝒘𝝅 .∅ .𝒉

(𝝏 𝒇𝒘 /𝝏𝒓𝟐 )𝒕(𝝏 𝑺𝒘 /𝝏𝒓𝟐 )𝒕

(2)

Luego puede escribirse:

(3)

Tomando la derivada total de fw con respecto a se obtiene:

(4)

Reemplazando la ecuación (4) en la ecuación (2) y simplificado se obtiene:

(5)

Finalmente la ecuación (5) también se puede escribir en la forma:

(6)

donde ,y son funciones conocidas.

Figura 4. El comportamiento de la saturación del agua y temperatura en una dimensión durante el desplazamiento del aceite por el agua caliente sin vaporización de las fracciones ligeras del aceite.

4. Predicción del comportamiento.

A pesar de que existen tres enfoques para determinar la predicción, la teoría de Buckley – Leverett es la más aplicable ya que como hemos venido diciendo, suele compararse con la inyección de agua convencional para determinar qué tan eficientes son los datos arrojados por mecanismo de recuperación.

Dónde:

(7)

(8)

5. Perdidas de calor en líneas de superficie y en el hoyo del pozo.

Mecanismos básicos de transferencia de calor:

Conducción:

Si las temperaturas de los cuerpos no cambian con el tiempo, el proceso ocurre bajo condiciones de flujo continuo, y esta descrito microscópicamente por la ecuación de Fourier:

(9)

Dónde: q = Es el flujo de calor en BTU/hr A = Es el área a través de la cual ocurre el flujo en pies² dt/dx = Es el gradiente de temperatura en ºF/pie k = La conductividad térmica en BTU/hr-pie-ºF

Radiación:

La radiación térmica, es la radiación electromagnética emitida por un cuerpo en virtud de su temperatura. Es evaluada de acuerdo a la Ley de Stefan-Boltzman:

(10)

Dónde: q = Es la tasa de flujo de calor en BTU/hr A = Es el área a través de la cual ocurre el flujo en pies² 0.1714 x 10-8 = Es la constante de Stefan-Boltzman T1 = Es la temperatura del cuerpo a mayor temperatura en ºR Ff = Es un factor de forma que depende de la geometría de los cuerpos y que

relaciona la radiación emitida por un cuerpo que es interceptada por otro cuerpo, y viceversa.

Fe = Es un factor de emisividad, el cual depende de la naturaleza de los cuerpos.

Convección:

Si el movimiento del fluido se debe a la aplicación de alguna fuerza (bomba, abanico, etc.) se dice que existe convección forzada. Si el fluido se mueve por diferencia de densidades, debido a diferencias de temperaturas, se dice que hay convección libre. En ambos casos la transferencia de calor viene dada por la Ley de enfriamiento de Newton:

q/A= hc/(Tf - Ts) (11)

Dónde: q = Es la transferencia de calor en BTU/hr A = Es el área a través de la cual ocurre el flujo de calor en pies² hc = Es el coeficiente de transferencia de calor por convección en BTU/hr-

pie²-ºF Tf y Ts = Las temperaturas del fluido y de la superficie en ºF

respectivamente. (Se toma el valor absoluto para tomar en cuenta el fluido hacia la superficie o de la superficie hacia el fluido, según Tf sea mayor o menor que Ts.

5.1. Perdidas de calor en las líneas de superficie.

Normalmente, se pueden encontrar temperaturas ambientes en el orden de –120 ºF a +120 ºF y velocidades del viento de 0 a 50 millas/h.

Para calcular estas pérdidas de calor tenemos varias ecuaciones:

Considerando transferencias de calor bajo condiciones de flujo continuo:

(12)

Dónde:

Q = Tasas de pérdidas de calor, BTU/h. U = coeficiente de transferencia de calor total referido a un área

característica, BTU/h-pie2-°F. A = Área característica que coincide con una de las superficies a

través de la cual se determinan las pérdidas de calor, pie2. Ts = temperatura del fluido fluyendo en la tubería, °F. Ta = temperatura ambiente a la que se encuentra la línea, °F

Si se utiliza el área interior de la tubería la ecuación de las tasas de pérdidas de calor viene dado por:

(13)

Si las pérdidas de calor se hallan por la unidad de longitud de la tubería, , la ecuación seria la siguiente:

(14)

Dónde:

Rh = Resistencia térmica especificada (resistencia térmica por la unidad de

longitud de la tubería), (Btu/pie-d-ºF)-1. Tb = Temperatura promedio del fluido en la tubería, ºF.

TA = es la temperatura ambiental de la atmosfera en ºF.

Qls = es la tasa de pérdida de calor por unidad de longitud de la tubería,

expresada en Btu/pie-d.

El coeficiente de la transferencia de calor (hce) por convección libre se obtiene:

(15)

Dónde:

D = diámetro exterior de la tubería o del aislante en caso que exista, pies. Ka = conductividad térmica del aire, BTU/hr-pie - ºF. βa = coeficiente térmica del aire, pie3/pie3-ºF. Va = viscosidad cinemática del aire, pie2/seg. µa = viscosidad dinámica, lb/pie-hr. g = constante de gravedad, 4.17 x 108 pie/hr2. Cpa = capacidad calorífica de aire a presión constante, BTU/lb-ºF.

El coeficiente de transferencia de calor (hce) por convección forzada se obtiene:

(16)

(17)

 

Dónde:

V = velocidad del viento, millas/hr. ρa = densidad del aire, lb/pie3.

El coeficiente de transferencia de calor por radiación.

(18)

5.2. Perdidas de calor en el pozo.

Cálculos de las pérdidas de calor en el pozo:

Existen varios procedimientos para calcular las pérdidas de calor en un pozo de inyección, la mayoría de los cuales se basan en las siguientes suposiciones:

  El vapor se inyecta por la tubería de producción o inyección a temperatura,

presión, tasa y calidad constantes.  

El espacio anular (tubería de inyección- revestidor) se considera lleno de aire a baja presión.

6. Estimación por agua caliente.Solo se conoce de un proyecto en

gran escala, el reportado por Socorro Reíd en el campo Morichal en el Oriente de Venezuela, donde se estimularon 31 pozos, de los cuales solo 9 resultaron ser exitosos en el sentido de que la tasa de producción incremento sustancialmente.

Socorro y Reid utilizaron el método de Boberg y Lantz para producir el comportamiento de los 31 pozos estimuladores en el proyecto Morichal.

La correspondencia entre los resultados obtenidos y observados fue pobre; debido probablemente a lo inadecuado del módulo de Boberg y Lantz para el caso de inyección de agua caliente.

7. Ventajas y desventajas de la inyección de agua caliente.

En el caso de petróleos livianos, donde la destilación con vapor contribuye en una alta proporción a la recuperación total, la inyección de agua podría no ser efectiva, ya que la destilación no se hará efectiva debido a la ausencia de la fase gaseosa.

Como conclusiones importantes sobre la inyección de agua caliente, podemos decir:

Existen 2 frentes de desplazamiento reconocibles: El borde del frente está a la temperatura inicial del yacimiento. El frente de agua caliente esta substancialmente rezagado con respecto al

frente de agua fría.

La presencia de la fase gaseosa afecta el comportamiento del proceso de la inyección de agua caliente, como son:

Los gases disueltos en los crudos, tienden a desprenderse de la solución a medida que aumenta la temperatura. Esto resulta en una aparente expansión inicial de la fase del petróleo donde se forman burbujas de gas, pero sólo hasta que estas burbujas se integran a una fase continúa de gas.

El segundo se refiere a la de la fase de gas residual atrapada, en los procesos de inyección de agua caliente, es considerado análogo al que se encuentra en la inyección convencional de agua.

El tercero es que el petróleo desplazado tiende a llenar el espacio inicialmente ocupado por el gas, lo cual retarda la producción de petróleo.

Complete la palabra o las palabras, que faltan en la siguientes oraciones:

1. Los métodos de ______________ térmica buscan disminuir la viscosidad de los fluidos.

2. La inyección de agua caliente es un proceso de ______________.

3. La inyección de agua caliente será ventajosa donde las perforaciones tengan una alta______________.

recuperación

permeabilidad

desplazamiento

4. Las pérdidas de calor en líneas de superficie y en el pozo, pueden causar una seria disminución en la _____________ del agua.

5. La _______________________es probablemente el método térmico de recuperación mas simple y seguro, y dependiendo de las características del yacimiento, puede ser ventajoso y económico.

temperatura

inyección de agua caliente

Gracias por su atención.