miscibilidad por condensación en procesos de desplazamientos miscibles
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8/7/2019 Miscibilidad por Condensacin en Procesos de Desplazamientos Miscibles
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Miscibilidad por Condensacin en Procesos de Desplazamientos Miscibles
como Mtodos de Recobro Mejorado de Hidrocarburos
Eduardo Luis Vera Colmenares
Caracas, Noviembre de 2010
Introduccin
Los yacimientos de hidrocarburos, en teora, pueden poseer (en teora) la energa suficientepara la produccin autnoma de recursos, es decir, debido a mecanismos de confinamiento natural
de los mismos. Tales mecanismos se basan en la Expansin de la Formacin, un Acufero Activo
Presente, una Capa de Gas, el Gas disuelto en el crudo y/o Segregacin Gravitacional. A nivel de
campo este nivel de energa es finito, la presin interna del yacimiento tiende a caer por ende los
niveles de produccin se ven amenazados. Para ello el Ingeniero de Petrleo es el encargado de
planificar y estructurar el mejor mtodo posible para garantizar que se traigan a superficie
volmenes de produccin que justifiquen claramente los costos de inversin, optimicen tiempo y
trabajo.
Actualmente se establece una clasificacin en cuanto a las formas de recuperar esos
volmenes del subsuelo. Cuando se habla de los mecanismos de empuje natural se refiere a recobro
primario. Cuando se implementa ante las cadas de presin inyeccin de agua o gas natural sedenominan recobro secundario. Despus de las recuperaciones primaria y secundaria, el yacimiento
contiene todava 60-80% (promedio 72%) del crudo originalmente en sitio. Esto se debe a que la
eficiencia de los mtodos de recuperacin primaria y secundaria est limitada por dos factores: A la
escala de los poros, el crudo alcanza una saturacin residual suficientemente baja para encontrarse
en forma de glbulos discontinuos, atrapados por las fuerzas capilares. A la escala del yacimiento
existen ciertas zonas en las cuales el fluido inyectado durante la recuperacin secundaria no penetra,
por la baja permeabilidad de estas zonas, porque siguen caminos preferenciales, o porque la
geometra de implantacin de los pozos no es favorable. Con el objetivo fundamental de aprovecharal mximo esta saturacin residual de hidrocarburos se implementan otro tipo de mtodos
conocidos Recuperacin Mejorada.
Entre estos mtodos, ser objeto de estudio en este informe el de Desplazamiento Miscible,
basado en inyectar sustancias (preferiblemente gases), cuyas caractersticas interactan con la delcrudo en el yacimiento favorablemente a la produccin, todo esto bajo condiciones de miscibilidad,
es decir al final de la inyeccin en el yacimiento predomina una sola fase de fluido. Para ello serndescritos conceptos relacionados a Miscibilidad y especialmente a Miscibilidad por Condensacin,
la cual es la modalidad asignada como objetivo fundamental de esta investigacin.
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Miscibilidad
Para entender mejor este concepto, es conveniente aclarar que la Tensin Interfacial se
define como el trabajo necesario para crear una nueva unidad de superficie en la interfase que
separa dos fluidos. Entonces, Marin1 define la Miscibilidad como una propiedad que establece unacondicin de tensin interfacial igual a cero entre fluidos formndose con esto una fase homognea
a una presin y temperatura especficas. Si dos fluidos son altamente miscibles se necesita menosenerga para que ellos formen una sola fase. A nivel prctico la disminucin de la tensin
interfacial da origen a la disminucin del crudo residual retenido en el medio poroso del yacimiento,
obtenindose con esto altas recuperaciones de crudo residual, principio bsico en la aplicacin de
desplazamiento Miscible.
Durante la inyeccin de gas ocurre en el yacimiento eventos fsicos y qumicos que son
correctamente conducidos a la culminacin de una sola fase de fluido que sature la roca. Para
explicar tales eventos es comnmente empleado un modelo basado en la realizacin de diagramas
ternarios asociados a las composiciones y comportamientos de los fluidos que intervienen en el
proceso de miscibilidad.
Diagramas Pseudo-Ternarios
Un fluido en un yacimiento es una mezcla multicomponentes de cientos de diferentes
compuestos hidrocarburos y no hidrocarburos. Para visualizar de una manera sencilla la
composicin de un crudo se suele utilizar un diagrama pseudo-ternario, en el cual, el crudo sesubdivide en 3 pseudocomponentes: uno representando la fraccin liviana, otro la intermedia y el
tercero la fraccin pesada.
En cada esquina se representa un pseudocomponente. La esquina superior representa 100 %
molar de la fraccin liviana del crudo compuesta en su mayora por metano C1 (incluyendo N2),
mientras que la esquina inferior derecha representa 100 % molar de la fraccin intermedia del crudo
compuesta desde etano hasta hexano (incluyendo el CO2 y H2S).
Similarmente la esquina inferior izquierda representa la fraccin pesada del crudo compuesta desde
el heptano y componentes de mayor peso molecular.
La curva AB representa el domo de saturacin del fluido a la presin de saturacin y
temperatura del yacimiento, el punto Ces el punto crtico de la mezcla, en donde la composicin
del lquido es igual a la composicin del vapor; el tramo ACrepresenta la fase del vapor la cual es
llamada curva del punto de roco y el tramo CB es la fase lquida del fluido, la cual es llamada curva
del punto de burbuja. Cualquier punto que est dentro de la curva de saturacin se encuentra en la
regin de dos fases (lquido / vapor) como es el caso del punto M y cualquier punto que est
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ubicado por fuera de la curva de saturacin se encuentra en la regin de una sola fase. La lnea xy es
llamada lnea de equilibrio, la cual representa el equilibrio lquido- vapor entre ambas fases.
El tamao de la regin de dos fases, depende de la temperatura y presin del sistema con el
cual se trabaja, como se representa en la figura en donde se observa la reduccin de la regin de dos
fases cuando la presin (P) aumenta, (P2 >P1). Cuando se incrementa la temperatura a presin
constante, la regin de dos fases se incrementa. Ambos comportamientos tienen relacin con la
solubilidad de gases en lquidos.
Miscibilidad Primer Contacto
El proceso es caracterizado porque al ponerse en contacto el crudo con el solvente se
mezclan en todas las proporciones sin que se observe una interfase entre ellos. Es el mtodo ms
simple y rpido para obtener un desplazamiento miscible entre el crudo y el solvente. Los solventes
ms comunes utilizados en este proceso son: butano, propano y mezclas de LPG. Debido a que
inyectar un solvente rico en componentes intermedios resulta costoso, la miscibilidad al primer
contacto no es un proceso de recobro aplicable comercialmente a nivel de campo. Lo usual es
inyectar gases secos, siendo necesarios varios pasos de transferencia de masa, previo a la obtencin
de condiciones miscibles.
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Miscibilidad Mltiples Contactos
Son procesos mediante el cual se pone en contacto el crudo con un gas de inyeccin que
puede ser nitrgeno, dixido de carbono o gas natural para que exista una transferencia de masa
entre ambos fluidos y con esto crear el desplazamiento del crudo retenido en el medio poroso.
Existen dos mecanismos para obtener la miscibilidad por mltiples contactos los cuales son:vaporizacin del crudo por el gas de inyeccin y condensacin del gas de inyeccin, este ltimo
objetivo de este informe.
Miscibilidad por Condensacin
Es un proceso en donde existe transferencia de masa del gas al crudo, el gas utilizado en los
procesos de condensacin es rico en componentes intermedios (C2 C6 y CO2) que son transferidos
al crudo por mltiples contactos durante el proceso de desplazamiento.En dicha figura se representa la composicin del crudo en el punto Zy la composicin del
gas de inyeccin en el punto G. Al ponerse en contacto el gas de inyeccin con el crudo, se produce
una mezcla representada por el primer punto de mezcla M1. A travs de este punto pasa la lnea de
equilibrio Y1X1. Como se observa en la figura, el lquido resultante es ms rico en componentes
intermedios que el crudo original, mientras que el vapor en equilibrio es ms pobre que el gas
original, esto muestra el tipo de transferencia de masa que tuvo lugar. Seguido a esto L1 se pone en
contacto con el gas de inyeccin (G) originado con esto otro punto de mezcla M2 cuyas
composiciones lquido-vapor en equilibrio estn representadas por los puntos Y2 y X2. Este proceso
se repite hasta que la ltima lnea de unin coincida con la lnea de unin lmite, la cual pasa por el
punto crtico y la composicin del gas de inyeccin. Si la ltima lnea de unin coincide o converge
con la lnea lmite entonces el sistema ha llegado a condiciones de miscibilidad a la presin y
temperatura de trabajo.
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Presin Mnima Miscibilidad
La Presin Mnima de Miscibilidad (PMM), es la menor presin a la cual el gas de
inyeccin y el crudo de un yacimiento pueden llegar a ser miscibles a travs de procesos por
mltiples contactos, existiendo transferencia de masa entre la fase lquida (crudo) y la fase gaseosa
(gas de inyeccin) a una temperatura especfica.
La PMMes una propiedad termodinmica y clave en los procesos miscibles de recobro de
petrleo. Depende fundamentalmente de la temperatura, composicin del gas de inyeccin y
composicin del crudo en el yacimiento.