EOR Mediante Inyeccion de CO2

8/14/2019 EOR Mediante Inyeccion de CO2

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Andrs Baltazar EdgarEstrada Aguilar Ernesto EstebanGarca Acevedo EfranHernndez Robledo Josu Guadalupe


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Los mecanismos a travs de los cuales serecuperan los hidrocarburos de losyacimientos son, en general, clasificados entres grandes grupos:

1) Recuperacin Primaria.

2) Recuperacin Secundaria

3) Recuperacin Mejorada.


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Cualquier yacimiento petrolero que exista en el mundo, estarsujeto a uno o ms de estos grupos de mecanismos para llegar

a una recuperacin final que en la actualidad es de

aproximadamente un 33%.


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1.-

Recuperacin primaria: Es la cantidad de hidrocarburosproducidos a travs de la energa natural de los yacimientos, como

puede ser: expansin de la energa natural del gas o expansin

del sistema roca-fluido,

2.-

Recuperacin Secundaria: Es la adicin de energa inyectando

fluidos que se encuentren en la formacin.

3.-

Recuperacin Mejorada: Es la adicin de energa al yacimiento con

estmulos qumicos y/o gases que interactan con la roca o

fluidos.


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Es afectada directamente por los precios del petrleo. En un porcentaje alto la investigacin bsica y aplicada

se realiza en Estados Unidos de Norteamrica. Como consecuencia de los incisos anteriores, en la

actualidad se est reduciendo en forma sustancial la

investigacin bsica en esta rea para dedicarse aresolver problemas particulares de aplicacin de estosprocesos. Muchos de los investigadores tendern acambiar de actividad, lo que a mediano plazoprovocar escases de personal especializado.

Sin tomar en cuenta los procesos trmicos, el potencialde los mtodos de Recuperacin Mejorada en laactualidad, se encuentra en procesos miscibles, ya seacon CO2 o N2.


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La aplicacin de los procesos qumicos dependerde que se contine realizando investigacin bsicapara seleccionar o desarrollar productos qumicosque puedan ser utilizados eficientemente en los

yacimientos. Cualquier otro proceso de recuperacin mejorada

como la inyeccin de microorganismos ocombinacin de procesos ya existentes, requiere

de considerable investigacin adicional y suconsecuente aplicacin a nivel de prueba piloto envarios yacimientos.


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El dixido de carbono, tambin denominado xido decarbono, a temperatura ambiente es un gas inodoro eincoloro, ligeramente cido y no inflamable, formadopor una molcula lineal de un tomo de carbono ligado

a dos tomos de oxgeno de la forma O = C = O. El CO2 es soluble en agua cuando la presin se

mantiene constante, pero cuando la presin desciendeintentar escapar al aire, dejando una masa de aire en

el agua. A pesar de que a temperatura y a condicionesnormales se encuentra en forma gaseosa, puedesolidificarse si se somete a temperaturas inferiores de-78 C y licuarse cuando se disuelve en agua.


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El CO2 se descompone al calentarlointensamente por encima de los 2,000 Cproduciendo humos txicos de monxido decarbono y reaccionando violentamente con

bases fuertes y metales alcalinos. De hecho,algunos polvos metlicos formados pormagnesio, pueden alcanzar su punto deignicin y explotar cuando se calientan enpresencia de dixido de carbono.


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El aumento considerable del

aceite recuperado se explicapor los aspectos fsicos

(principalmente reduccin de

la viscosidad del aceite y

expansin volumtrica)causados por el CO2 en el

crudo.

La aplicacin de campo del CO2

como un agente para mejorar la

recuperacin de aceite hacomprobado los resultados y

conclusiones obtenidas de los

resultados experimentales. Las

principales razones que hacenposible considerar al CO2 como

un agente de recuperacin son,

entre otras, las siguientes:


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a) El CO2 afecta fsicamente al aceite, principalmente

reduciendo la viscosidad y aumentando su volumen. Estos

efectos son ms acentuados en crudos densos y viscosos, pero

no de viscosidad muy elevada.

b) El CO2 reacciona, bajo condiciones de yacimiento, con

algunos componentes de aceite para formar compuestos

polares, por ejemplo cidos orgnicos, los que tienen un

efecto marcado en reducir la tensin superficial y evitar o

limitar la precipitacin de iones particulares, por ejemplo el

Fe.


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c) El CO2 es soluble tanto en agua, como en la mayor parte de

los aceites, por lo que afecta en solucin al fluido que moja la

roca, disminuyendo as la tensin interfacial.

d) En las partculas de roca, el CO2 tiene la propiedad de

limitar materialmente la adsorcin de ciertos agentes activos

de superficie, aumentando los beneficios de tales agentes.

e) El CO2 aumenta la solubilidad del gas natural en el aceite, y

parece ser que el gas natural es soluble ms rpidamente en

el crudo cuando est asociado con CO2.


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Como ya se mencion, el Dixido de Carbono es altamente

soluble en aceite y en menor medida en el agua. Esto resulta

en los siguientes factores para la recuperacin del aceite:

Reduccin en la viscosidad

del crudo e incremento en la

viscosidad del agua.

Efecto cido sobre

rocas carbonatadas y

lutitas.

Expansin del crudo y

reduccin en la densidad

del aceite.

Efectos miscibles.


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Como un resultado de ladisolucin del CO2 en elcrudo, el volumen del aceitese incrementa de 10 a 20 %o ms. La figura, muestra elfactor de Expansin del

crudo (volumen de crudosaturado con CO2 a presiny temperatura desaturacin/volumen deaceite libre de CO2 a lamisma temperatura) como

una funcin de la fraccinmol del CO2 disuelta [XCO2]y el peso molecular delaceite.


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La expansin del aceite incrementa el factor de recuperacin ya

que, para una determinada saturacin de aceite residual, la

masa del aceite remanente en el yacimiento y expresado en

condiciones estndar, es ms baja que si se abandonara libre

de CO2.


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El dixido de carbono en solucin con agua forma

cido carbnico, que a su vez, disuelve el calcio y

el magnesio de los carbonatos. Esta accin

incrementa la permeabilidad de los carbonatos,

mejora la inyectividad del pozo y en general el

flujo del fluido a travs del yacimiento. El CO2

tiene un efecto estabilizador sobre las rocas

lutticas, previniendo que las lutitas se hinchen y

causen un bloqueo en el medio poroso.


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El dixido de carbono no es en primera instancia miscible conlos yacimientos de aceite, por que el CO2 necesita desarrollar la

miscibilidad a travs de mltiples contactos bajo condiciones

especficas de presin y temperatura y con una composicin

especfica de aceite


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El desplazamiento Inmiscible del aceite con CO2es el ms adecuado para aceites medios ypesados, es el mejor y ms significativo reductorde la viscosidad. El proceso de inyeccin implica

alternadas inyecciones de CO2 y agua hasta quecierta cantidad de CO2 sea inyectado entonces elagua se inyecta continuamente. El proceso dealternar la inyeccin gas-agua se caracteriza por

mejorar el radio de movilidad y aumentar larecuperacin por encima de la inyeccin de aguasin el CO2.


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Adems, el efecto de expansin del aceite crudocon el CO2 incrementa el factor de volumen deformacin, el aceite residual detrs del agua deinyeccin es ms pequeo en volumen acondiciones de superficie. Tambin, la expansindel aceite dentro del espacio poroso desplaza elagua fuera de los poros, resultando en undecremento de la fase hmeda de saturacin(proceso de drene). Para el medio poroso mojado

por agua las permeabilidades relativas del drenedel aceite son ms altas que los valores deimbibicin, favoreciendo as la recuperacin deaceite.


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Las pruebas de laboratorio determinan las condiciones de miscibilidad a

realizarse, deben de hacerse modelos numricos y matemticos del yacimiento

para predecir el comportamiento del flujo de los fluidos.

El barrido miscible se ve afectado por algunos factores como el manejo del

fluido inyectado, la distribucin de presiones, el tamao del bache disolvente,

movilidad del disolvente, el manejo de los fluidos del yacimiento y la eficiencia

del desplazamiento logrado en las reas de barrido.

El campo de la Ingeniera de Yacimientos junto con el diseo y prediccin delcomportamiento de fluidos miscibles es muy largo y complejo. Debe de

tomarse en cuenta una correcta descripcin del yacimiento y del barrido total

para el diseo de proyectos de fluidos miscibles.


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Cuando la profundidad del yacimiento es media o somera con una mediana o

alta densidad del aceite, la presin de miscibilidad, si existiera, no puede ser

superada sin alcanzar la presin de formacin, en este caso el desplazamiento

deber ser inmiscible pero incluir los efectos benficos de la reduccin de la

viscosidad y el barrido del aceite.

Antes de hacer cualquier clculo debe de tomarse algunas consideraciones. Si

el desplazamiento ser miscible o inmiscible y si el flujo es vertical u

horizontal, si la densidad del aceite es mediana o muy alta. Si la profundidad

del yacimiento es media o profunda debe tomarse en cuenta un

desplazamiento miscible.


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Para tener un proceso de gravedad estable, el desplazamiento vertical hacia

arriba es alcanzado utilizando el agua como fluido que persigue. El

desplazamiento hacia abajo se realiza con el uso de gas.

El desplazamiento vertical es una caracterstica de un yacimiento con un flanco

de domo salino o cima arrecifal y se controla por el efecto gravitatorio.

Para evitar o disminuir la formacin de dedos de CO2 el proceso debera ser,probablemente, alternando la inyeccin de CO2-agua.

La direccin del desplazamiento depende de la geometra del yacimiento y desus caractersticas. El desplazamiento horizontal en yacimientos delgados o sin

buzamiento es controlado por el radio de movilidad del CO2 al aceite.


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Es la manera mas simple. El CO2 es inyectado

de manera continua en el yacimiento hastaque la relacin de gas producido con el aceite

sea demasiado elevada para que el costo deproduccin se considere que ya no eseconmicamente el ms viable.


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Es un mtodo utilizado para prevenir la formacin decanalizaciones del CO2 atreves de la fase aceite,adems de aumentar la eficiencia del desplazamientomacroscpica.

Es el mtodo mas empleado. Pequeos baches deCO2 (algn porcentaje del volumen poroso) soninyectados en alternancia con baches de agua. Tresparmetros controlan este procedimiento: el tamaodel bache, La relacin del volumen de CO2 inyectadosobre el volumen de agua inyectada, El nmero debaches.

El propsito de la inyeccin de agua es reducir lapermeabilidad relativa al CO2 y como consecuenciareducir su movilidad; otra ventaja del proceso WAG esque cubre el requerimiento de CO2 en todomomento.


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Se trata de un procedimiento de estimulacin que es generalmenteaplicado a aceite pesados pero que se desarrolla cada vez ms enyacimientos de aceite ligero y mediano. Algunos volmenes de gasson inyectados en un pozo que es enseguida cerrado. Durante estafase, el efecto es tratar de disolver el mximo volumen en el aceite,para posteriormente producirlo por expansin del CO2 disuelto.

El mtodo de Huff and Puff con CO2 presenta beneficios que se ven

reflejados en el incremento de la produccin de aceite, ya que tienela ventaja de basarse solamente en las propiedades de los fluidos,las cuales son generalmente conocidas o pueden ser obtenidasmediante correlaciones.

El proceso de huff and puff se compone de 3 etapas:

El periodo de inyeccin de gas; que puede llevar das o inclusosemanas. El periodo de cierre del pozo; el proceso dura unos cuantos das. La etapa de produccin; que puede durar semanas o incluso meses.


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El proceso de huff and puff se compone de 3etapas:

El periodo de inyeccin de gas; que puedellevar das o incluso semanas.

El periodo de cierre del pozo; el proceso duraunos cuantos das.

La etapa de produccin; que puede durarsemanas o incluso meses.


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Este mtodo es utilizado en caso de que el gasde inyeccin sea limitado o poco disponible. Enel proceso SWAG se mezcla el gas en el agua auna presin suficiente para mantener un rgimende flujo burbuja a travs del pozo; Cuando se

utiliza el CO2 como desplazante en el procesoSWAG se presentan mejores resultados, enparticular en yacimientos carbonatados debido alos gases cidos disueltos en el agua, generandocanales preferentes de flujo con altapermeabilidad; el agua carbonatada que seobtiene en este proceso es recomendada parayacimientos naturalmente fracturados con bajaspermeabilidades.


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CRUDO YACIMIENTO

Gravedad API >25 Saturacin >25%

Viscosidad


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Cuando se analiza el movimiento de losfluidos podemos seguir 2 caminosdistintos:

Buscar una estimacin de los efectosglobales sobre una regin finita o volumen

de control Hacer el anlisis puntual de una regin

infinitesimal del flujo

Es posible apoyarse en las ecuaciones de

Darcy para obtener el tiempo de imbibiciny el tiempo de drene del medio poroso.


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Tambin en la ecuacin de Navier-Stokes paradesarrollar el flujo de Poiseuille y determinar

la cada de presin en la fractura, as comotambin usar la segunda ley de Fick paracomprender el estudio sobre el tiempo quetarda el efecto de difusin del mismo

sistema.Los fenmenos fsicos involucrados son:

Imbibicin rene Gravitacional ifusin esplazamiento Forzado


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En un medio poroso homogneo las lneas decorriente barrern prcticamente de manerauniforme al yacimiento. Partiendo de la

convencin de que las lneas de flujo de unyacimiento siguen la trayectoria de lasfracturas, se puede suponer que elcomportamiento dinmico del sistemacompleto (matriz-fractura), est regido por loque ocurre en la red de fracturas.


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El comportamiento de flujo se puederepresentar con el esquema de Warrent &

Root.


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Considrese un bloque de matriz, separadopor fracturas y saturado totalmente de aceite.Los bloques tienen porosidad ypermeabilidad k, el ancho de la fractura en la

direccin y es 2d. En la parte superior yvertical del sistema se inyecta un fluido conviscosidad y densidad por lo que existeuna cada de presin P a lo largo de las

fracturas.


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El objetivo de utilizar esta ecuacin esexpresarla en trminos de los valores

caractersticos de los parmetros que semanejan, los cuales son: la velocidadcaracterstica Uc en () del desplazamientoen la fractura, que se puede suponer igual a

la velocidad del contacto gas-aceite delyacimiento; la direccin y tiene longitudcaracterstica 2d, la x, L, y la tiene un valorcaracterstico pque representa la cada de

presin a lo largo de las fracturas en elbloque.


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Entonces, la ecuacin (2) expresada enrdenes de magnitud queda:

Por lo tanto, la ecuacin de flujo de Poiseuillepara calcular la cada de presin entre losbloques de matriz (fractura) queda expresadacomo sigue:


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Las cadas de presin en las fracturas sernlas que rijan al sistema completo, entonces

los bloques de matriz sentirn estosgradientes de presin, los cuales ocasionarnun flujo forzado dentro del bloque poroso.

Si se conoce la cada de presin en el bloqueporoso es posible utilizar la ecuacin deDarcy en trminos de la velocidad del fluido.


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Por otro lado, el tiempo que tarda en cruzarel bloque un elemento del fluido est dado

por:

Entonces:

Despejando


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Sustituyendo:

Por lo tanto para calcular el tiempo que tardaen cruzar el bloque un elemento del fluido:


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Para el tiempo caracterstico de drene:

Otro fenmeno que se presenta en losyacimientos es la Imbibicin, por lo cual esimportante su anlisis, por esto, se har usonuevamente de la ley de Darcy cuando se

tiene flujo en 2 fases, que se expresa como:


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En este caso el valor =0, las fuerzas degravedad se desprecian puesto que slointeresan las capilares, por lo tanto, paracalcular la imbibicin:

Especificando los trminos de la ecuacin enrdenes de magnitud, se tiene que:


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Para obtener el tiempo caracterstico deimbibicin:

El fenmeno de difusin, que tambin se

presenta en los yacimientos, se puedemodelar con la segunda ley de Fick, el cualdescribe este proceso y obtiene el tiempocaracterstico del fenmeno. Entonces,utilizando el anlisis de rdenes demagnitud, se tiene que:


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De donde:

Con sus valores caractersticos de:

Sustituyendo, en rdenes de magnitud:


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Despejando (tiempo crtico de difusin) tc

Donde, coeficiente de concentracin del lquido(DL) y coeficiente de concentracin de gas

(DG).


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Los proyectos de recuperacin adicional en Mxico, iniciancon la inyeccin de agua en el campo Poza Rica en marzo

de 1951.

De acuerdo a la literatura especializada y a proyectosen campos petroleros del extranjero, el CO2 y/o los

gases de combustin, representan una alternativa para

la implementacin de procesos de Recuperacin

Mejorada en Mxico.

Debido a la alta produccin de CO2 asociado con el gas

y condensado en el Campo Carmito, se plane separar

el CO2 mediante un proceso de membranas para

continuar con su explotacin.


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A Campo ArtesaSe seleccion al campo Artesa para la inyeccin deCO2 , con 2 pozos inyectores de CO2 (A-13 y A-15), con un volumen de inyeccin promedio de25 mmpcd de CO2 y 4 pozos productores (A-22,

A-21, A-1 y A-3).La inyeccin de CO2 al Campo Artesa, ha sido elprimer proyecto a nivel nacional de estanaturaleza

Los estudios experimentales y de simulacin

mostraron que se poda recuperar unaimportante cantidad adicional de aceite, por loque se desarroll como un proyecto derecuperacin mejorada.


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B Campo Sitio GrandeTomando como base la infraestructura

existente usada en el proyecto de inyeccinde CO2 al campo Artesa, y despus de

acondicionar las instalaciones necesarias, el27 de enero del 2005 se inicia oficialmente lainyeccin de CO2 al campo Sitio Grande conun volumen de inyeccin de 24 mmpcd de

CO2 a travs del pozo Sitio Grande 801.


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Se dej de ventear a la

atmsfera un volumen de

CO2 de: 30 MMMPC

Volumen adicional de

aceite obtenido por Rec.

Mejorada: 952 MBLS

Volumen adicional de gas

hidrocarburo recuperado

durante la inyeccin:2.4MMMPC

Incremento en el factor

de recuperacin 0.4 %

Se logr controlar elavance de la entrada de

agua a los pozos.

Al ser el primer proyecto

a nivel nacional, seobtuvo la experiencia

para el manejo de

inyeccin del CO2


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La produccin mensual

atribuible al proceso de

inyeccin de gas es de

889 BPD de aceite,

acumulando 1.37 MMBL.

A la fecha, el volumen

inyectado acumulado de

gas es de 14.5 MMMPC.

El volumen a recuperar

mediante la Inyeccin de

agua y gas (Carmito,

Artesa y Gaucho) es de

6.5 MMbls.


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Definir el o los procesos susceptibles a implementarse enel corto plazo en Chicontepec, que mejores ventajas

econmicas ofrezca.

Evaluar la eficiencia de recuperacin del aceite residual en

los bloques de matriz en la zona invadida por agua en el

campo Akal, mediante la aplicacin de Surfactantes o CO2 .

Continuar con el diseo e implementacin de las pruebas

piloto de inyeccin de vapor y de aire.


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A Es posible inyectar el CO2 en: Yacimientos de aceite para procesos de EOR En pozos para fracturamiento hidrulicos En yacimientos agotados para sualmacenamientoB Es necesario realizar estudios econmicos

para evaluar la rentabilidad de cualquieriniciativa.


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