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Recuperación Secundaria y Mejorada
Métodos Térmicos
Semestre 2016-I
GEPM 1
Métodos Térmicos (EOR)
En palabras sencillas…
• Proceso de recuperación de aceite en el cual seutiliza una fuente de calor (inyección o in-situ) con elobjetivo de cambiar ciertas propiedades del sistemaroca-fluido y así poder recuperar el aceite que bajocondiciones “normales” no es móvil.
GEPM 2
Métodos Térmicos
Historia• Calentadores de fondo - Perry y Warner (1865)
• Mejorar condiciones de flujo en el pozo y la vecindad mediante la reducción de la viscosidad del aceite
• Considerados como tratamientos de estimulación y prevención• Combustión in-situ - Wolcott y Howard (1920)
• Quemar parte del crudo, reducir viscosidad y proporcionar fuerza de desplazamiento
• En EEUU se comienza a desarrollar a partir de 1953• Inyección continua de vapor – EEUU (1931-1932)
• Texas: 235 días de inyección en una arena de 18 pies de espesor y a 380 pies de profundidad
• Primero proyectos a gran escala: Schoonebeek (Holanda), Tía Juana (Venezuela)
• Inyección alterna de vapor – Venezuela (1959)• Descubierta por accidente en una prueba piloto en Mene Grande
GEPM 3
Recuperación Mejorada Métodos
• Basados en Gas• CO2• Aire• Gases Hidrocarburos• N2• Agua alternando Gas
(WAG)• Agua alternando Gas
asistido con espumas (FAWAG)
GEPM 4
• Basados en Agua• Surfactantes• Polímeros• Alcalinos• Geles-Polímeros• Agua con baja
salinidad• Bacterias
• Térmicos• Vapor (inyección continua o
cíclica)
• Drene gravitacional asistido por vapor (SAGD)
• Combustión “In-Situ”
Recuperación Mejorada “Pre-Calificación”
GEPM 5
SPE 129768 – Dickson 2010
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
Recuperación Mejorada “Pre-Calificación”
GEPM 6
Recuperación Mejorada “Pre-Calificación”
GEPM 7
Taber, Martin, Seright - 1997
Recuperación Mejorada “Pre-Calificación”
GEPM 8
Taber, Martin, Seright - 1997
Recuperación Mejorada “Pre-Calificación”
GEPM 9
Taber, Martin, Seright - 1997
Recuperación Mejorada “Pre-Calificación”
GEPM 10
Métodos Térmicos:Conceptos Básicos
GEPM 11
Es necesario estudiar y caracterizar las propiedades termodinámicas de estos tres elementos
Fundamental para un proyecto exitoso
Fuentes de CalorRocaPetróleo
Métodos Térmicos:Conceptos Básicos
GEPM 12
Petróleo
• Viscosidad (cp)
Disminuye con un aumento de temperatura Necesario conocer el comportamiento de la
viscosidad en función de la temperatura Se utilizan experimentos de laboratorio y
correlaciones empíricas
Métodos Térmicos:Conceptos Básicos
GEPM 13
Petróleo
• Calor específico, C (BTU/lb°F)
Calor necesario para elevar en un grado latemperatura de una unidad de masa
Que tan fácilmente los fluidos en el yacimientos(aceite y/o gas) aumentan su temperatura
Se utilizan experimentos de laboratorio ycorrelaciones empíricas
Métodos Térmicos:Conceptos Básicos
GEPM 14
Petróleo
• Capacidad Calorífica M f(poro, densidad, C, S)(BTU/pie3°F)
Calor necesario para elevar la temperatura de laroca y fluidos
Se utilizan experimentos de laboratorio ycorrelaciones empíricas
Métodos Térmicos:Conceptos Básicos
GEPM 15
Petróleo
• Conductividad Térmica, Kh (BTU/h-pie-°F)
Propiedad del material que indica la cantidad decalor transferido, por unidad de área transversalnormal a un gradiente unitario de temperatura,varia con presión y temperatura
Que parte de ese calor va a ser transmitido a travésde una fase continua de fluidos
Se utilizan experimentos de laboratorio ycorrelaciones empíricas
Métodos Térmicos:Conceptos Básicos
GEPM 16
Petróleo
• Difusividad térmica, a = Kh/M (pie2/h)
Propiedad del material que indica la cantidad decalor transferido, por unidad de área transversalnormal a un gradiente unitario de temperatura,varia con presión y temperatura
Que parte de ese calor va a ser transmitido a travésde una fase continua de fluidos
Se utilizan experimentos de laboratorio ycorrelaciones empíricas
Métodos Térmicos:Conceptos Básicos
GEPM 17
Roca
• Calor específico, C (BTU/lb°F)
Calor necesario para elevar en un grado latemperatura de una unidad de masa
Que tan fácilmente la roca aumenta su temperatura Se utilizan experimentos de laboratorio y
correlaciones empíricas
Métodos Térmicos:Conceptos Básicos
GEPM 18
Roca
• Capacidad Calorífica M f(poro, densidad, C, S)(BTU/pie3°F)
Calor necesario para elevar la temperatura de laroca y fluidos
Se utilizan experimentos de laboratorio ycorrelaciones empíricas
Dependerá también de los fluidos que la saturen
Métodos Térmicos:Conceptos Básicos
GEPM 19
Roca
• Conductividad Térmica, Kh (BTU/h-pie-°F)
Propiedad del material que indica la cantidad de calortransferido, por unidad de área transversal normal a ungradiente unitario de temperatura, varia con presión ytemperatura
Que parte de ese calor va a ser transmitido a través de unafase continua de fluidos
Se utilizan experimentos de laboratorio y correlacionesempíricas
En función de densidad, porosidad, temperatura, saturaciónde fluidos, tipos de fluidos y movimiento de los fluidos en laroca
Métodos Térmicos:Conceptos Básicos
GEPM 20
Roca
• Difusividad térmica, a = Kh/M (pie2/h)
Usado mas que el concepto de conductividadtérmica.
Se utilizan experimentos de laboratorio ycorrelaciones empíricas
Métodos Térmicos:Conceptos Básicos
GEPM 21
Roca - Difusividad térmica, a = Kh/M (pie2/h)
Métodos Térmicos:Conceptos Básicos
GEPM 22
Roca - Difusividad térmica, a = Kh/M (pie2/h)
Métodos Térmicos:Conceptos Básicos
GEPM 23
Fuente de calor : Agua Caliente, Vapor, Aire(combustión in-situ)
• Calor específico (vapor y agua), C (BTU/lb°F)
Calor necesario para elevar en un grado latemperatura de una unidad de masa
Agua es el líquido con mayor C – capaz de contenery transportar más calor que cualquier otro líquido ala misma temperatura
Agua 1 (BTU/lb°F), Vapor 0.56 (BTU/lb°F) Depende también de los minerales disueltos
Métodos Térmicos:Conceptos Básicos
GEPM 24
Fuente de calor : Agua Caliente, Vapor, Aire(combustión in-situ)
• Entalpía (agua), Hw (BTU/lb)
Calor necesario para aumentar la temperatura dellíquido hasta alcanzar la temperatura de saturacióncorrespondiente a una presión dada
La entalpía depende de la presión, temperatura y C Depende también de los minerales disueltos Se pueden utilizar tablas de vapor o correlaciones
Métodos Térmicos:Conceptos Básicos
GEPM 25
Fuente de calor : Agua Caliente, Vapor, Aire(combustión in-situ)
• Calor latente de vaporización (agua), Hw (BTU/lb)
Cantidad de calor que debe suministrársele a unalibra de un líquido a la temperatura de saturaciónpara pasar al estado vapor
Calor que lleva el vapor, disminuye con la presión Se pueden utilizar tablas de vapor o correlaciones
GEPM 26
GEPM 27
Métodos Térmicos:Conceptos Básicos
GEPM 28
Fuente de calor : Agua Caliente, Vapor, Aire(combustión in-situ)
• Calor total o entalpia del vapor seco y saturado
Suma del calor sensible del agua saturada y delcalor latente de vaporización del agua
GEPM 29
Métodos Térmicos:Conceptos Básicos
GEPM 30
Fuente de calor : Agua Caliente, Vapor, Aire(combustión in-situ)
• Calidad del vapor y vapor húmedo
La mezcla de vapor y agua coexistentes a latemperatura de saturación se denomina vaporhúmedo
El vapor seco tiene una calidad de 100% y el aguasaturada se puede considerar como vapor húmedocon calidad igual a 0%
Métodos Térmicos:Conceptos Básicos
GEPM 31
• Calidad del vapor y vapor húmedo
La entalpía o contenido de calor de vapor húmedodepende fuertemente de la calidad, especialmentea bajas presiones, donde la entalpía del aguasaturada es baja.
Métodos Térmicos:Conceptos Básicos
GEPM 32
• Calidad del vapor y vapor húmedo
Normalmente, el vapor que se utiliza en losprocesos de inyección de vapor es húmedo, ya quepuede transportar más calor que el agua caliente yademás es capaz de mantener en solución lasimpurezas sólidas que de otra manera sedepositarían en las calderas o en cualquier otroequipo del sistema de generación de vapor,reduciendo así su eficiencia y vida útil.
Calidad del vapor entre 80-90% es la más utlizada
Métodos Térmicos:Inyección de Vapor
• Proceso mediante el cual se proporciona calor alyacimiento mediante la inyección de vapor
• Se prefiere inyectar vapor a diferencia de fluidos(agua) o gases calientes ya que conserva mejor suscaracterísticas termodinámicas (capacidad calorífica)
• La finalidad es calentar el aceite pesado(generalmente viscoso) para disminuir su viscosidady que pueda fluir mas fácilmente, así como aportarcierta cantidad de energía al yacimiento (local).
GEPM 33
Métodos Térmicos:Inyección de Vapor
• Inyección Continua de Vapor
Proceso por el cual se inyecta vapor de maneracontinua para crear un frente de avance de vapor, elcual calienta el sistema roca-fluidos del yacimiento.
Este calentamiento logra disminuir la viscosidad delaceite en contacto con el frente, así como aportarenergía de desplazamiento.
A medida que el frente avanza, este va calentando cadavez mas el aceite, hasta llegar a un punto en el cual secomienza a producir el agua asociada al vapor.
GEPM 34
Métodos Térmicos:Inyección de Vapor
GEPM 35
Métodos Térmicos:Inyección de Vapor
GEPM 36
• Inyección Continua de Vapor – Parámetros que influyen enla efectividad del método
Yacimiento• Capacidad calorífica y conductiva de la roca• Viscosidad del aceite• Profundidad• Permeabilidad• Presión• EspesorVapor• Calidad del vapor• Gasto y presión de inyección
Métodos Térmicos:Inyección de Vapor
GEPM 37
Inyección Continua de Vapor – Variables adicionalesque influyen en la aplicación
• Fuente para generar el vapor
• Disponibilidad y calidad del agua
• Instalaciones
• Precio del hidrocarburo
Métodos Térmicos:Inyección de Vapor
• Inyección Cíclica de Vapor
Proceso por el cual se inyecta vapor y se produce aceitepor el mismo pozo de manera alternada.
Por lo general se inyecta por un periodo de una a tressemanas, se deja en “remojo” (soak) por unos días yluego se abre el pozo para producir el aceite que hamejorado su movilidad.
El proceso se repite tantas veces como sea necesario yhasta que deje de ser económicamente rentable.
GEPM 38
Métodos Térmicos:Inyección de Vapor
GEPM 39
Métodos Térmicos:Inyección de Vapor
GEPM 40
• Inyección Cíclica de Vapor – Parámetros que influyen en laefectividad del método
Yacimiento• Capacidad calorífica y conductiva de la roca• Viscosidad del aceite• Profundidad• Permeabilidad• Presión• EspesorVapor• Calidad del vapor• Gasto y presión de inyección• Tiempo de inyección, remojo y producción
Métodos Térmicos:Inyección de Vapor
GEPM 41
Inyección Continua de Vapor – Variables adicionalesque influyen en la aplicación
• Fuente para generar el vapor
• Disponibilidad y calidad del agua
• Instalaciones
• Precio del hidrocarburo
Métodos Térmicos:Inyección de Vapor
• Inyección de Vapor Asistida por Drene Gravitacional (SAGDpor sus siglas en inglés)
Proceso por el cual se inyecta vapor y se aprovecha elmecanismo de drene gravitacional para producir aceite pesado.
El proceso se realiza mediante la perforación de dos pozoshorizontales uno encima del otro, de tal forma que se inyectavapor en el pozo de arriba para que forme una cámara de vapor-calor, la cual calienta el aceite en la vecindad y este se producepor el pozo que se encuentra debajo, utilizando el drenegravitacional como mecanismo de empuje.
La distancia entre pozo inyector y productor por lo general seencuentran entre 5-7 metros de distancia
GEPM 42
Métodos Térmicos:Inyección de Vapor
GEPM 43
Métodos Térmicos:Inyección de Vapor
GEPM 44
• Inyección Cíclica de Vapor – Parámetros que influyen en laefectividad del método
Yacimiento• Capacidad calorífica y conductiva de la roca• Viscosidad del aceite• Profundidad• Permeabilidad• Presión• Espesor• Distancia y comunicación entre inyector y productorVapor• Calidad del vapor• Gasto y presión de inyección
Métodos Térmicos:Inyección de Vapor
GEPM 45
Inyección Continua de Vapor – Variables adicionalesque influyen en la aplicación
• Fuente para generar el vapor
• Disponibilidad y calidad del agua
• Instalaciones
• Precio del hidrocarburo
• Complejidad de la perforación de los pozos
Métodos Térmicos:Combustión In-Situ
Proceso por el cual se inyecta aire enriquecido conoxígeno y que por las condiciones de presión ytemperatura en el yacimiento, al contacto con el aceitegenera una combustión in-situ.
Esta combustión genera un frente que va avanzando ymejorando la calidad del frente de aceite debido a laquema de “coque” (cracking) que va dejando atrás elfrente de combustión.
El proceso se mantiene hasta que este, por problemasmecánicos que produce, deja de ser rentable.
GEPM 46
Métodos Térmicos:Combustión In-Situ
GEPM 47
Métodos Térmicos:Combustión In-Situ
GEPM 48
• Combustión In-Situ – Parámetros que influyen en la efectividaddel método
Yacimiento• Viscosidad del aceite• Cambio en composición y propiedades del gas y/o aceite• Profundidad• Permeabilidad• Presión• Espesor• Distancia y comunicación entre inyector y productorAire• Riqueza de la mezcla• Gasto y presión de inyección
Métodos Térmicos:Combustión In-Situ
GEPM 49
Combustión In-situ – Variables adicionales queinfluyen en la aplicación
• Seguridad industrial
• Instalaciones
• Precio del hidrocarburo
Proyectos Métodos Térmicos
GEPM 50
0
10
20
30
40
50
60
70
EE.UU Venezuela Canada Alemania Trinidad Brasil Indonesia Egipto Holanda
Vapor Combustión In-situ Agua Caliente Total
Total en el mundo (2012): 140 Proyectos
Oil and Gas Journals EOR Survey 2012
MÉXICO:- Samaria: Inyección Alterna de Vapor, en curso- Cárdenas: Inyección de aire (combustión in-situ), planeado- Potencial en arenas del terciario terrestres y algunos
carbonatos someros
Proyectos Recuperación Mejorada
GEPM 51
Oil and Gas Journals EOR Surveys 1976-2010
Proyecto Recuperación Mejorada
GEPM 52
Ejemplos
México – Samaria Terciario• Arenas no consolidadas bastante
complejas por su distribucióndiscontinua (ambientes fluvial ydeltáico)
• Profundidades: 500-3500 m• Porosidad: 29%• Permeabilidad: 400-1200 mD• Espesor neto: 18 m• Presión inicial: 170 Kg/cm2• Temperatura inicial: 47-100° C .• Viscosidad: 200-72500 cp @ C.S• Viscosidad: hasta 1000 cp @ C.Y• Etapa explotación: Madura
GEPM 53
Ejemplos
México – Samaria Terciario: Ubicación
GEPM 54
Ejemplos
México – Samaria Terciario: Configuración estructural
GEPM 55
Fuente: Pemex
Ejemplos
México – Samaria Terciario: Configuración estructural
GEPM 56
Fuente: Pemex
Área Porosidad Saturación
agua Permeabilidad
Espesor neto
Km2 % % md m
Mesozoico 97.3 6.2 13.9 10-250 198.2
Terciario 54.2 29 27 400-1200 18
Total/Promedio 151.5 17.6 20.5 10-1200 108
Ejemplos
México – Samaria Terciario: Estudios Previos
• 2009-2010: Prueba piloto
• 8 pozos
PVT
Núcleos
Diseño de pozos
Terminación
Estrategias de explotación
Ritmos de inyección/producción
Manejo de SAP´s
GEPM 57
Ejemplos
PVT
GEPM 58
Pb: 36 kg/cm2 @ 803 mvbnmBoi : 1.03 m3/m3Rsi : 9.81 m3/m3Bgi : 0.068 m3/m3
Ejemplos
GEPM 59
10
100
1,000
10,000
100,000
35 45 55 65 75 85 95 105
Vis
cosi
dad
(cp
)
Temperatura (°C)
Sam-913H A-1-1 Sam- 936 A-6-5Sam-917H A-6-1Sam-949 A-6-5Sam-922 A-6-1Sam-982 A-6-5Sam-962 A-6-5Sam-915H A-4-2Sam-947 A-1-1 Sam -952 A-6-3
Ejemplos
GEPM 60
Ejemplos
GEPM 61
Ejemplos
GEPM 62
Ejemplos
GEPM 63
Se tienen asignadas las siguientes propiedades térmicas dela roca:
• Conductividad Térmica de la Roca = 35 (BTU / d – ft - °F)
• Capacidad Calorífica de la Roca = 106 (BTU / ft3 - °F)
• La compresibilidad de la roca es 50 x 10-5 psi-1 paraarenas no consolidadas.
Ejemplos
GEPM 64
• Año 2009: prueba piloto de IAV con la perforación, estimulación yevaluación de ocho pozos con una caldera portátil de 25 MMBTU/hora,con resultados excelentes. Esto permitió planear las etapas demasificación e interespaciados. Actualmente se cuenta con un total denueve calderas móviles.
• A la fecha han sido estimulados térmicamente 72 pozos; en 13 de ellosse ha efectuado un segundo ciclo y en 4 pozos un tercer ciclo. Elvolumen total de vapor inyectado acumulado es de 415,779 toneladas.
• Después de la etapa de inyección y el tiempo de remojo, los resultadoshan sido satisfactorios en la mayoría de los pozos, incrementando demanera significativa la producción de 80 bpd hasta 600 bpd. La relaciónpetróleo-vapor (RPV) en barriles de aceite producido entre barriles devapor inyectados en el primer ciclo varía de 1 a 11. No obstante, en losprimeros pozos el Samaria-916 y 948, esta relación resultó superior a 10,lo que implica que produjeron más de 10 barriles por barril de vaporinyectado, valor superior a los obtenidos en otros campos del mundo.
Ejemplos
GEPM 65
Ejemplos
México – Samaria Terciario• Se decidió inyección alterna de vapor (IAV)• 9 generadores, cada generador inyecta 15 pozos por año• SAP – Bombeo neumático (BN) y Bombeo mecánico (BM)• Incremento de 2,000 bpd en 2007, a 32,000 bpd a la fecha• Llegó a tener relaciones petróleo-vapor (RPV) superior a 10
(10 barriles de aceite por barril de vapor inyectado),actualmente para el primer ciclo oscila de 1 a 8
• Se han producido a la fecha 220.5 MBls de aceite frio y 6.9MMBls de aceite caliente, alcanzando una acumulada de 7.2MMBls
• Este tipo de inyección incrementará el Fro en un 24.3%• Se prevé una prueba piloto de SAGD
GEPM 66
Ejemplos
GEPM 67
Ejemplos
México – Samaria Terciario
• Incremento del 15% en el factor de recuperación,que representan 58.5 MMBls en el horizonte 2015-2031
GEPM 68
2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 2031
IAV 12.60 17.30 14.20 11.30 10.10 9.20 10.40 11.60 11.70 9.60 8.30 6.90 4.20 2.90 2.00 0.80 0.00
Prod. Base 22.30 15.60 11.90 10.10 8.80 7.60 4.60 2.40 1.00 0.20 0.10 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Aceite (mbd)
Fuente: Pemex