Estudio Eor - Sagd

8/10/2019 Estudio Eor - Sagd

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Tese de Doutorado:

ESTUDO DA RECUPERAO DE LEO POR

DRENAGEM GRAVITACIONAL ASSISTIDA POR

INJEO DE VAPOR

M. Sc. Eng. Jennys Lourdes Meneses Barillas

Natal, Fevereiro / 2008

Universidade Federal do Rio Grande do Norte

Centro de Tecnologia

Departamento de Engenharia Qumica

Programa de Ps Graduao em Engenharia Qumica


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Tese de doutorado

ESTUDO DA RECUPERAO DE LEO PORDRENAGEM GRAVITACIONAL ASSISTIDA POR

INJEO DE VAPOR

MM..SScc..JJeennnnyyssLLoouurrddeessMMeenneesseessBBaarriillllaass

Tese de Doutorado Apresentada ao Corpo Docente do

Programa de Ps-graduao em Engenharia Qumica

da Universidade Federal do Rio Grande do Norte

como Requisito Parcial para a Obteno do

Ttulo de Doutor em Cincias.


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Diviso de Servios Tcnicos

Catalogao da Publicao na Fonte. UFRN / Biblioteca Central Zila Mamede

Barillas, Jennys Lourdes Meneses.Estudo da recuperao de leo por drenagem gravitacional assistida

por injeo de vapor / Jennys Lourdes Meneses Barillas. Natal, RN,2008.

165 p.

Orientador: Tarcilio Viana Dutra Junior.

1. Engenharia de processo - Tese. 2. Simulao de reservatrios

Tese. 3. Modelagem (Engenharia qumica) Tese. 4. Injeo de vaporpor drenagem gravitacional (SAGD) Tese. 5. Recuperao melhoradado leo (IOR) Tese. 6. Mtodos trmicos - Produo de leos pesados -Tese. I. Dutra Junior, Tarcilio Viana. I. Ttulo.

RN/UF/BCZM CDU 66.01(043.2)


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Tese de doutorado. PPGEQ-UFRN

Jennys Lourdes Meneses Barillas iii

BARILLAS, Jennys Lourdes Meneses - Estudo da recuperao de leo por drenagemgravitacional assistida por injeo de vapor. Tese de doutorado, UFRN, Programa de Ps-Graduao em Engenharia Qumica. rea de Concentrao: Pesquisa e Desenvolvimento deTecnologias Regionais Engenharia de Processos Sub rea: Modelagem e Simulao de

Processos, Natal-RN, Brasil.

Orientadores: Prof.: Ph.D. Tarcilio Viana Dutra Junior e Prof. Dr. Wilson da Mata

RESUMOO processo de drenagem gravitacional com injeo contnua de vapor (SAGD)

envolve dois poos horizontais paralelos localizados em uma mesma vertical, onde o poosuperior usado como injetor de vapor e o inferior como produtor. A fora dominante neste

processo a gravitacional. Este mtodo de recuperao avanada tem sido demonstrado sereconomicamente vivel em projetos comerciais de recuperao de petrleo pesado e extra

pesado, mas ainda no foi implementado no Brasil. O estudo desta tecnologia em

reservatrios com caractersticas das bacias regionais necessrio para analisar como seadqua o processo para minimizar a demanda de vapor obtendo a maior rentabilidade do

processo. Neste estudo foi usado um modelo homogneo com caractersticas de reservatriosdo Nordeste Brasileiro. As simulaes foram realizadas em um programa comercial daComputer Modelling Group, o STARS, mdulo usado para realizar estudos de mtodosde recuperao avanada de reservatrios de leo. Neste trabalho, foi realizada umaotimizao do vapor em reservatrios com diferentes caractersticas fsicas e em diferentescenrios, atravs de uma anlise tcnico-econmica. Tambm foi estudada a injeo de vaporsemi-contnua ou com paradas. Os resultados obtidos mostraram que possvel utilizar umaequao simplificada do valor presente lquido, que incorpora os ganhos e gastos na produode leo e os gastos na injeo de vapor, para otimizar a demanda do vapor obtendo um maiorvalor presente lquido no processo. Observou-se que o mtodo (SAGD) pode ser ou norentvel dependendo das caractersticas do reservatrio. Encontrou-se tambm que anecessidade de vapor pode ainda ser diminuda utilizando esquemas de injeo de vapor com

paradas em intervalos de tempo otimizados, e isto permitiu minimizar as perdas de calor emelhorar a recuperao.

Palavras-Chave: SAGD, IOR, simulao de reservatrios, VPL, mtodos trmicos.

Banca Examinadora

Presidente: _____________________________________________

Prof. Ph.D. Tarcilio V. Dutra Jr. UFRNMembros: _____________________________________________

Prof. Dr. Wilson da Mata UFRN

_____________________________________________

Prof. Dr. Denis Jos Schiozer UNICAMP

_____________________________________________

Dra. Ana Paula de Arajo Costa Petrobras

_____________________________________________

Prof. Dr. Aderson do Nascimento UFRN

_____________________________________________

Prof. Dr. Adriano dos Santos UFRN

Data de defesa da tese: 22 Fevereiro 2008


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ABSTRACT

Steam assisted gravity drainage process (SAGD) involves two parallel horizontal wellslocated in a same vertical plane, where the top well is used as steam injector and the bottom

well as producer. The dominant force in this process is gravitational. This improved oil

recovery method has been demonstrated to be economically viable in commercial projects of

oil recovery for heavy and extra heavy oil, but it is not yet implemented in Brazil. The study

of this technology in reservoirs with characteristics of regional basins is necessary in order to

analyze if this process can be used, minimizing the steam rate demand and improving the

process profitability. In this study, a homogeneous reservoir was modeled with characteristicsof Brazilian Northeast reservoirs. Simulations were accomplished with STARS, a

commercial software from Computer Modelling Group, which is used to simulate improved

oil recovery process in oil reservoirs. In this work, a steam optimization was accomplished in

reservoirs with different physical characteristics and in different cases, through a technical-

economic analysis. It was also studied a semi-continuous steam injection or with injection

stops. Results showed that it is possible to use a simplified equation of the net present value,

which incorporates earnings and expenses on oil production and expenses in steamrequirement, in order to optimize steam rate and obtaining a higher net present value in the

process. It was observed that SAGD process can be or not profitable depending on reservoirs

characteristics. It was also obtained that steam demand can still be reduced injecting in a non

continuous form, alternating steam injection with stops at several time intervals. The

optimization of these intervals allowed to minimize heat losses and to improve oil recovery.

Key-words:SAGD, IOR, reservoir simulation, VPL, thermal recovery.


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Dedicatria

Andr Eduardo voc o melhor da minha vida.

Aos meus pais, meus irmos, meus sobrinhos.


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Agradecimentos

Para realizar um trabalho sempre necessria a ajuda de outras pessoas ou instituiesque oferecem novas idias, nos ajudam com suporte financeiro, ou tcnico ou simplesmente

nos do uma ajuda emocional, permitindo assim um projeto melhor em todos os sentidos. Por

isso eu quero agradecer a todos os que de alguma maneira colaboraram na execuo deste

trabalho:

Aos meus orientadores Prof. Tarcilio e Prof. Wilson, que com pacincia, colaborao

tcnica e idias me ajudaram na realizao deste trabalho.

A todos os professores que oferecem as disciplinas do PPGEQ que tm colaborado na

compreenso de novos conceitos, necessrios para o conhecimento geral da Engenharia

Qumica.

Ao PRH-ANP14 que financiou meu estudo de doutorado por meio de uma bolsa.

Ao PPGEQ e UFRN instituies muito valiosas pelo seu nvel acadmico que deram

para mim a oportunidade de aprender algo novo e interessante.

Ao LEAP, NUPEG, PRH-ANP 14 que me deram tambm apoio tcnico e a infra-

estrutura necessria para a elaborao do trabalho.

Petrobras tambm pelo apoio tcnico.

A todos os que no me conheciam, mas acreditaram em min.

A todos os que me incentivaram e apoiaram nos momentos mais difceis.


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SUMRIO

Captulo I

1

Introduo ............................................................................................................................ 2

Captulo II

2

Aspectos tericos ................................................................................................................. 7

2.1

Mtodos avanados de recuperao de leo (IOR) ....................................................... 7

2.2

Processos trmicos de recuperao de petrleo ............................................................ 8

2.3

Injeo contnua de vapor ............................................................................................. 9

2.4

Injeo cclica de vapor ............................................................................................... 10

2.5

Combusto in situ .................................................................................................... 11

2.6

Drenagem de leo por diferencial gravitacional assistida com vapor (Processo

SAGD) ................................................................................................................................... 11

2.6.1

Histrico de aplicao do processo SAGD em campo ....................................... 14

2.6.2

Solvente expandido- SAGD (ES-SAGD) ........................................................... 18

2.6.3

Extrao com solvente Vapex ......................................................................... 18

2.7

Planejamento e otimizao de experimentos .............................................................. 19

2.8

Anlise tcnico-econmica ......................................................................................... 23

2.8.1

Valor presente lquido ........................................................................................ 23

Captulo III

3

Estado da arte ..................................................................................................................... 28

Captulo IV

4

Materiais e Mtodos ........................................................................................................... 33

4.1

Programa utilizado: Modulo STARS ...................................................................... 33

4.2

Modelo da malha ......................................................................................................... 33

4.3

Propriedades do reservatrio ....................................................................................... 35

4.4

Propriedades da rocha ................................................................................................. 35

4.5

Viscosidade do leo .................................................................................................... 35

4.6

Permeabilidades relativas ............................................................................................ 36


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4.7

Descrio das condies de operao ......................................................................... 37

4.8

Descrio dos casos a serem simulados ...................................................................... 38

Captulo V

5

Resultados e discusses ..................................................................................................... 41

5.1

Modelos de reservatrios estudados ............................................................................ 41

5.1.1

Sistema 1: modelo base reservatrio sem aqfero numrico e sem capa de gs ...

............................................................................................................................ 41

5.1.1.1

Comparao do processo SAGD e sem injeo de vapor ............................... 42

5.1.2

Sistema 2: Reservatrio com aqfero numrico ................................................ 43

5.1.3

Sistema 3: Reservatrio com capa de gs ........................................................... 48

5.2

Estudo de sensibilidade dos atributos de reservatrio ................................................. 51

5.2.1

Sistema 1: Reservatrio sem aqfero e sem capa de gs................................... 52

5.2.1.1

Estudo de sensibilidade da vazo de vapor com os parmetros de reservatrio .

........................................................................................................................ 60

5.2.2

Sistema 2: Reservatrio com aqfero de fundo ................................................. 70

5.2.2.1


........................................................................................................................ 75

5.2.3

Sistema 3: Reservatrio com capa de gs ........................................................... 84

5.2.3.1


........................................................................................................................ 87

5.2.4

Resumo da anlise de sensibilidade ................................................................... 95

5.3

Anlise dos parmetros operacionais relativos ao vapor ............................................ 96

5.3.1

Estudo de sensibilidade ...................................................................................... 96

5.3.2

Otimizao do vapor ......................................................................................... 104

5.3.2.1

Anlise tcnico - econmica ......................................................................... 106

5.3.2.2

Variao da espessura do reservatrio .......................................................... 112

5.3.2.3

Anlise do VPL de diferentes cenrios dos trs sistemas ............................. 115

5.4

Injeo de vapor com paradas no processo SAGD ................................................... 130

5.4.1

Injeo de vapor com intervalos de paradas usando um limite mximo de

produo de lquidos de 120 m3/dia com presso no fundo do poo mnima de 193 kPa

(28 psi) .......................................................................................................................... 130

5.4.1.1

Valor presente lquido do processo de injeo de vapor com paradas ......... 145


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5.4.2

Injeo de vapor com intervalos de paradas usando um limite mximo de

produo de lquidos de 300 m3/dia com presso no fundo do poo mnima de 193 kPa

(28 psi) .......................................................................................................................... 145

5.4.2.1

Comparao do valor presente lquido ......................................................... 151

6

Concluses e recomendaes ........................................................................................... 153

6.1

Concluses ................................................................................................................ 153

6.2

Recomendaes ......................................................................................................... 154

7

Referncias ....................................................................................................................... 156

8

Anexos ............................................................................................................................. 164

8.1

Comparao entre modelos de malha de 21840 e 44720 blocos .............................. 164

8.2

Comparao da presso de fundo do poo entre modelos com e sem aqfero ........ 165


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NDICE DE FIGURAS

Captulo I

Captulo II

Figura 2-1: Conceito da drenagem de leo assistida por gravidade. ........................................ 12

Figura 2-2: Conceito bsico do processo ES-SAGD. ............................................................... 18

Captulo III

Captulo IV

Figura 4-1: Modelo do reservatrio 3D. ................................................................................... 34

Figura 4-2: Viscosidade do leo. .............................................................................................. 36

Figura 4-3: Permeabilidade relativa gua-leo e lquido gs. ............................................... 36

Figura 4-4: Mapa de saturao inicial de leo no modelo base. ............................................... 37

Captulo V

Figura 5-1: Produo acumulada de leo e vazo de leo versus tempo - Comparao entre o

modelo base com e sem injeo contnua de vapor. .......................................................... 43

Figura 5-2: Produo acumulada de gua e vazo de gua versus tempo - Comparao entre o

modelo base com e sem injeo contnua de vapor. .......................................................... 43

Figura 5-3: Influxo de gua e calor lquidos para o aqfero para determinados blocos dentro

da malha do reservatrio. ................................................................................................... 44

Figura 5-4: Comparao entre o modelo base com e sem aqfero- Produo acumulada de

leo e vazo de leo em funo do tempo. ........................................................................ 45

Figura 5-5: Comparao entre o modelo base com e sem aqfero - Produo acumulada degua e vazo de gua em funo do tempo. ....................................................................... 46

Figura 5-6: Mdia da razo de mobilidades entre a gua e o leo, para os modelos com e sem

aqfero. ............................................................................................................................. 47

Figura 5-7: Comparao da Np no tempo entre os modelos sem e com aqfero. Poo produtor

a 10,5 m da camada de gua. ............................................................................................. 48

Figura 5-8: Diagrama ternrio de saturaes nos reservatrios com capa de gs de 5 m e 20 m

no inicio da produo. ........................................................................................................ 49

Figura 5-9: Fator de recuperao versus tempo - Modelo com capa de gs sem injeo

contnua. ............................................................................................................................. 49


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Figura 5-10: leo recuperado no tempo - Modelo com capa de gs. ....................................... 50

Figura 5-11: Diagrama de Pareto dos efeitos padronizados - Atributos do reservatrio em trs

diferentes tempos de produo 5, 10 e 15 anos. ................................................................ 53

Figura 5-12: Permeabilidade do sistema gua leo, para diferentesKrwro............................. 55

Figura 5-13: Permeabilidades relativas do sistema gua-leo para duas saturaes residuais da

gua (Swr). ......................................................................................................................... 56

Figura 5-14: Diagrama de Pareto dos efeitos padronizados - FR 15 anos de produo. .......... 61

Figura 5-15: Diagrama de Pareto dos efeitos padronizados - ROV 15 anos de produo. ...... 62

Figura 5-16: Anlise da interao entre a vazo de vapor (Qv) e a permeabilidade horizontal

(Kh) no FR e na ROV. ....................................................................................................... 63

Figura 5-17: Anlise da interao entre a vazo de vapor (Qv) e relao kv/kh (Mkv) no FR ena ROV. ............................................................................................................................. 65

Figura 5-18: FR e ROV em 5, 10 e 15 anos de produo - Interao entre a vazo de vapor

(Qv) e a porosidade (). ..................................................................................................... 67

Figura 5-19: Diagrama de Pareto dos efeitos padronizados-Parmetros de reservatrio modelo

com aqfero. ..................................................................................................................... 71

Figura 5-20: Diagrama de Pareto para o FR aps 15 anos de produo - Modelo com aqfero.

........................................................................................................................................... 76

Figura 5-21: Diagrama de Pareto da ROV em 15 anos de produo. ...................................... 77

Figura 5-22: FR e ROV em 5, 10 e 15 anos de produo, interao entre a vazo de injeo

(Qv) e a permeabilidade horizontal (Kh) Modelo com aqfero de fundo. .................... 78

Figura 5-23: FR e ROV em 5, 10 e 15 anos de produo para a interao entre a vazo de

injeo (Qv) e a porosidade () Modelo com aqfero de fundo. ................................... 80

Figura 5-24: Diagrama de Pareto em 5, 10 e 15 anos para o Fator de recuperao do leo em

um modelo com capa de gs. ............................................................................................. 85

Figura 5-25: FR e ROV aps 5, 10 e 15 anos de produo- Interao entre a capa de gs e a

vazo de vapor (Qv). .......................................................................................................... 88

Figura 5-26: FR e ROV aps 5, 10 e 15 anos de produo- Interao entre a permeabilidade

horizontal (Kh) e a vazo de vapor (Qv). .......................................................................... 89

Figura 5-27: FR e ROV aps 5, 10 e 15 anos de produo - Interao entre a porosidade () e

a vazo de vapor (Qv). ....................................................................................................... 91

Figura 5-28: Diagrama de Pareto- Parmetros operacionais- Fator de recuperao aps 5, 10 e15 anos de produo........................................................................................................... 97


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Figura 5-29: Superfcie de resposta da ROV e do FR aps 5, 10 e 15 anos de produo-

Interao entre a qualidade do vapor (Xv) e a vazo de vapor (Qv). ................................ 99


Interao entre a temperatura do vapor (T) e a vazo de vapor (Qv). ............................. 100


Interao entre a temperatura do vapor (T) e a qualidade do vapor (Xv). ....................... 103

Figura 5-32: Produo acumulada de leo no tempo-Espessura da zona de leo 30 m -

Diferentes vazes de injeo de vapor. ............................................................................ 105

Figura 5-33: Diagrama de pareto para o VPL em 5, 10 e 15 anos de produo. .................... 107

Figura 5-34: VPL em funo do tempo - Variao do custo de produo do leo (Fp). ....... 108

Figura 5-35: VPL em funo do tempo - Variao da relao de custo entre o vapor gerado eo leo produzido (C1). ...................................................................................................... 110

Figura 5-36: VPL em funo do tempo - Variao da taxa de desconto anual (k). ............... 111

Figura 5-37: VPL em funo do tempo - Variao do preo do petrleo (Xleo). ................ 112

Figura 5-38: Valor presente lquido em funo do tempo - Variao da espessura do

reservatrio. ..................................................................................................................... 113

Figura 5-39: Comparao do valor presente lquido versus o volume poroso injetado em trs

espessuras de reservatrio: 15, 20 e 30m - Vazo de injeo tima. ............................... 114

Figura 5-40: Razo leo/vapor no tempo para os trs modelos de reservatrio otimizados. . 115

Figura 5-41: VPL versus tempo para a simulao Exp 3 h da zona de leo 15m. .............. 117

Figura 5-42: VPL versus tempo para a simulao Exp 11 h da zona de leo 15m. ............ 117


Figura 5-44: Comparao do VPL versus tempo para os cenrios de alta, mdia e baixa

recuperao de leo para uma zona de leo de 15m. ....................................................... 118





recuperao de leo para uma zona de leo de 30m. ....................................................... 121

Figura 5-49: Otimizao do vapor atravs do VPL do modelo base com aqfero

(hleo=20m). .................................................................................................................... 122

Figura 5-50: VPL versus tempo para a simulao Exp 3 h da zona de leo 15m Modelo

com aqfero. ................................................................................................................... 123


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com aqfero. ................................................................................................................... 123


com aqfero. ................................................................................................................... 124


com aqfero. ................................................................................................................... 124


com aqfero. ................................................................................................................... 125


com aqfero. ................................................................................................................... 125

Figura 5-56: Comparao do VPL versus tempo para os cenrios de alta, mdia e baixarecuperao de leo para uma zona de leo de 30m em um modelo com aqfero. ....... 126

Figura 5-57: Otimizao do vapor do modelo base com capa de gs. ................................... 127

Figura 5-58: VPL versus tempo para a simulao Exp 2 Modelo com capa de gs. .......... 128

Figura 5-59: VPL versus tempo para a simulao Exp 6 Modelo com capa de gs. .......... 128

Figura 5-60: VPL versus tempo para a simulao Exp 5 Modelo com capa de gs. ......... 129


recuperao de leo para reservatrio com capa de gs. ................................................. 129

Figura 5-62: Comparao da produo acumulada de leo com injeo alternada de vapor, 1

ms, 6 meses, 1 ano, 2 anos e o modelo base (IC). .......................................................... 131

Figura 5-63: Perda de calor total no reservatrio para diferentes injees de vapor alternadas

(um perodo sim e outro perodo no).............................................................................. 132

Figura 5-64: Vazo de produo de leo no tempo. ............................................................... 133

Figura 5-65: Mapa de temperatura em 6 meses, 1 ano, 2 anos e 3 anos para o modelo de

injeo contnua de vapor. ............................................................................................... 135

Figura 5-66: Mapa de temperatura em 6 meses, 1 ano, 2 anos e 3 anos para o modelo de

injeo c/6meses. ............................................................................................................. 136

Figura 5-67: Mapa das perdas de calor na camada subjacente do reservatrio em J/dia para 1,

2 anos e 16 anos de produo. Modelo de injeo c/6meses (J/dia) (esquerda) e modelo de

injeo contnua (direita). ................................................................................................ 138

Figura 5-68: Produo acumulada de gua no tempo............................................................. 139

Figura 5-69: Vazo de gua no poo produtor no tempo. ...................................................... 140

Figura 5-70: Presso no fundo do poo produtor no tempo. .................................................. 141

Figura 5-71: Temperatura e viscosidade no bloco 11, 21, 17 centro do poo produtor ...... 142


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Jennys Lourdes Meneses Barillas xiv

Figura 5-72: Razo de vapor leo acumulada em 16 anos para cada perodo estudado. .... 143

Figura 5-73: Produo acumulada de leo em 16 anos para cada perodo estudado. ............ 143

Figura 5-74: Perdas de calor em 16 anos para cada perodo estudado. .................................. 144

Figura 5-75: Valor presente lquido obtido para diferentes esquemas de injeo de vapor com

paradas. ............................................................................................................................ 145

Figura 5-76: Vazo de produo de lquidos (gua + leo) no tempo. Limite mximo de

produo de lquidos de 300 m3std/dia. BHP = 193 kPa (28 psi). .................................. 146

Figura 5-77: Presso no fundo do poo produtor no tempo. Limite mximo de produo de

lquidos de 300 m3std/dia. BHP = 193 kPa (28 psi). ...................................................... 147

Figura 5-78: Presso em um bloco do produtor no tempo. Limite mximo de produo de

lquidos de 300 m3std/dia. BHP = 193 kPa (28 psi). ...................................................... 148

Figura 5-79: Produo acumulada de leo no tempo. Limite mximo de produo de lquidos

de 300 m3std/dia. BHP = 193 kPa (28 psi). .................................................................... 149

Figura 5-80: Vazo de produo de leo no tempo. Limite mximo de produo de lquidos

de 300 m3std/dia. BHP = 193 kPa (28 psi). .................................................................... 149

Figura 5-81: Vazo de produo de leo no tempo - Comparao sistema de IC e sistema com

paradas cada 6 meses. Limite mximo de produo de lquidos de 300 m3std/dia. BHP =

193 kPa (28 psi). .............................................................................................................. 150

Figura 5-82: Comparao do valor presente lquido (VPL) no tempo para diferentes esquemas

de injeo de vapor com paradas. .................................................................................... 151

Figura 8-1: Comparao da Produo acumulada de leo, gua (Np, Wp,), da vazo de

produo, da presso do fundo do poo, e da presso no bloco no tempo dos modelos de

reservatrios. .................................................................................................................... 164

Figura 8-2: Comparao da presso no fundo do poo produtor dos modelos com e sem

aqfero. ........................................................................................................................... 165


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Jennys Lourdes Meneses Barillas xv

LISTA DE TABELAS

Captulo I

Captulo II

Tabela 2-1: Dados operacionais de projetos SAGD reportados na literatura. .......................... 16

Tabela 2-2: Caractersticas dos reservatrios e fluidos de aplicaes do processo SAGD. ..... 17

Tabela 2-3: Planejamento 22do efeito de um catalisador e da temperatura no rendimento de

uma reao. ........................................................................................................................ 20

Captulo III

Captulo IV

Tabela 4-1: Modelos da malha. ................................................................................................ 34

Tabela 4-2: Propriedades do reservatrio. ................................................................................ 35

Tabela 4-3: Propriedades da rocha. .......................................................................................... 35

Tabela 4-4: Condies de operao no processo SAGD. ......................................................... 37

Captulo V

Tabela 5-1: Parmetros de reservatrio e operacionais utilizados no modelo base. ................ 41

Tabela 5-2: Caractersticas do modelo de reservatrio com capa de gs. ................................ 48

Tabela 5-3: Atributos de reservatrio ....................................................................................... 51

Tabela 5-4: Modelo de estudo da espessura da zona de leo ................................................... 51

Tabela 5-5: Fator de recuperao de leo aps 5, 10 e 15 anos de produo - Atributos de

reservatrio em modelo sem aqfero e sem capa de gs - Espessura da zona de leo 15

m. ....................................................................................................................................... 58


reservatrio em modelo sem aqfero e sem capa de gs - Espessura da zona de leo 30 m

........................................................................................................................................... 59

Tabela 5-7: Intervalo de estudo de parmetros de reservatrio e vazo de vapor injetada. ..... 60

Tabela 5-8: Simulaes realizadas no estudo da vazo de vapor injetada e os parmetros de

reservatrio e fator de recuperao em 15 anos de produo. ........................................... 69

Tabela 5-9: Fator de recuperao de leo aps 15 anos de produo - Atributos de reservatrioem modelo com aqfero sem capa de gs. Espessura da zona de leo 15 m. .................. 73


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Jennys Lourdes Meneses Barillas xvi

Tabela 5-10: Fator de recuperao de leo aps 15 anos de produo - Atributos de

reservatrio em modelo com aqfero sem capa de gs. Espessura da zona de leo 30m 74

Tabela 5-11: Intervalo de estudo de parmetros de reservatrio e vazo de vapor injetada -

sistema com aqfero de fundo. ......................................................................................... 75

Tabela 5-12: Fator de recuperao de leo aps 5, 10 e 15 anos de produo para as

simulaes realizadas no modelo com aqfero - Parmetros de reservatrio e vazo de

injeo de vapor. Espessura do reservatrio de 15m. ........................................................ 82

Tabela 5-13: Fator de recuperao de leo aps 15 anos de produo para as simulaes

realizadas no modelo com aqfero - Parmetros de reservatrio e vazo de injeo de

vapor. Espessura do reservatrio de 30m. ......................................................................... 83

Tabela 5-14: Parmetros analisados no modelo com capa de gs na otimizao do vapor ..... 84

Tabela 5-15: Fator de recuperao de leo aps 15 anos de produo para as simulaes

realizadas no modelo com capa de gs. ............................................................................. 86

Tabela 5-16: Simulaes realizadas no modelo com capa de gs na otimizao do vapor-

Espessura da capa de gs 5m ............................................................................................. 93

Tabela 5-17: Simulaes realizadas no modelo com capa de gs na otimizao do vapor-

Espessura da capa de gs 20 m. ......................................................................................... 94

Tabela 5-18: Influncia das variveis de incerteza do reservatrio no fator de recuperao deleo. .................................................................................................................................... 95

Tabela 5-19: Parmetros operacionais ...................................................................................... 96

Tabela 5-20: Intervalo dos parmetros de VPL analisados .................................................... 106

Tabela 5-21: Valores utilizados para o clculo do VPL ......................................................... 112


reservatrio em modelo sem aqfero e sem capa de gs - Espessura da zona de leo 15

m. ..................................................................................................................................... 116

Tabela 5-23: Cenrios estudados no modelo com aqfero para a anlise de VPL,

reservatrios de 15 e 30m de zona de leo. ..................................................................... 122

Tabela 5-24: Cenrios estudados no modelo com capa de gs para a anlise de VPL. ......... 127

Tabela 5-25: Esquemas interrompidos de injeo no processo SAGD. ................................. 130


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Jennys Lourdes Meneses Barillas xvii

Lista de smbolos

Lista por ordem alfabtica

B Expoente da equao de Cardwell e Parsons parapermeabilidades relativas, Kr=Sb

C Capacidade calorfica da rocha J/(m3*C)C1 Relao preo do vapor/preo do leo (Yvapor/Xleo)Cinicial Custo de investimento inicial US$Dwoc Contato gua leo mF1 Relao entre o custo de produo e preo de venda do leoFp Denominado fator de produo lquido (Fp=1-F1)FR Fator de recuperao do leo, ou leo recuperado com respeito

ao VOIP%

g Constante gravitacional (9,8 m/s2) m/s2

H Altura da cmara de vapor mHgs Espessura da capa de gs mHleo Espessura da zona de leo no reservatrio mHvapor Altura da cmara de vapor mK Condutividade trmica da rocha J/(m*s*C)K Permeabilidade absoluta mD, m2

k Taxa de desconto anualKh Permeabilidade horizontal (i, j) mDKo Permeabilidade efetiva ao leo mDKrg Permeabilidade relativa ao gs

Kro Permeabilidade relativa ao leoKrw Permeabilidade relativa guaKrwro Permeabilidade relativa gua na saturao residual do leoKv Permeabilidade vertical mDM Coeficiente adimensional que relaciona a viscosidade com a

temperatura em forma empricaMkv Relao entre a permeabilidade vertical e a horizontal (Kv/Kh)

Np Produo acumulada de leo m3

Npanual Produo anual acumulada de leo m3

Pinj Presso de injeo MPaQ Vazo volumtrica de leo m3/dia

Qv Vazo de injeo de vapor m3/dia ou t/diaRCFt Fluxo de caixa anual US$RVOac Razo anual entre o vapor injetado e o leo produzido t/m3ou m3/m3

Sl Saturao da fase lquidaSo Saturao inicial do leoSor Saturao residual do leoSw Saturao inicial da guaSwr Saturao residual da guaT Temperatura C, KT Tempo s ou anosT* Temperatura adimensional, ((T-TR)/(TS-TR))t* Tempo adimensional, ((u2*t)/)TR Temperatura do reservatrio C, KTS Temperatura da interface com a cmara de vapor C, K


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Jennys Lourdes Meneses Barillas xviii

U velocidade m/sVinj Quantidade de vapor injetado anualmente m3ou tVOIP Volume original de leo in place m3

VPinj Volume poroso injetado

VPL Valor presente lquido US$X Distncia no eixo x mXleo Preo do petrleo US$/m3 ou

US$/bblXv Qualidade ou ttulo do vapor admY Distncia no eixo y mYvapor Custo do vapor por tonelada US$/m3 ou

US$/tZ Altura de rea de drenagem do reservatrio m

Lista por palavras gregas e outros smbolos Varivel para medir a distncia desde a frente de avano m Varivel adimensional para medir a distncia desde a frente de

avanom

Difusividade trmica, (K/(C)) m2/s Densidade da rocha Kg/m3

g Densidade da fase gs Kg/m3ou

Kgmol/m3

o Densidade da fase leo Kg/m3ou

Kgmol/m3

Viscosidade cinemtica do leo na temperatura T m

2

/sR Viscosidade cinemtica do leo na temperatura doreservatrio

m2/s

s Viscosidade cinemtica do leo na temperatura da interfacecom o vapor

m2/s

Porosidade efetiva do reservatrio Frao ou %So Diferena entre a saturao inicial do leo e a saturao

residual do leoadm

Viscosidade do leo cP, Kg/(m*s)


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Capitulo 1: Introduo Tese de doutorado. PPGEQ-UFRN

Jennys Lourdes Meneses Barillas 1

CAPTULO I:

INTRODUO


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1 Introduo

O petrleo uma das principais fontes de energia do mundo, ocupando no Brasil o

primeiro lugar na matriz energtica nacional. Por isso, tecnologias que envolvem o

desenvolvimento e aplicao de tcnicas capazes de aumentar a rentabilidade de campos

petrolferos so importantes e necessitam de estudos mais aprofundados. No Brasil, j foi

alcanada a auto-suficincia na produo de petrleo, porm necessrio que as tecnologias

dos processos avanados de recuperao do petrleo sejam continuamente estudadas para

manter a produo atual e a at increment-la. Regionalmente, o Rio Grande do Norte conta

com grandes reservas de petrleo pesado e as atividades de explorao nas Bacias de Campos,

Santos e Esprito Santo tm levado descoberta de grandes volumes de leos pesados que,

por enquanto, no podem ser includos nas reservas devido ao custo e s dificuldades tcnicas

para extrao. possvel aumentar a recuperao de leo em alguns destes reservatrios com

a ajuda dos processos de recuperao avanada de petrleo, melhorando a produtividade e

rentabilidade nos campos e sua rentabilidade.

Para melhorar a capacidade de escoamento e aumentar a recuperao dos leos pesados

tm sido desenvolvidos diferentes mtodos trmicos. Os mais utilizados envolvem injeo de

vapor, por ser mais seguro e eficiente que outros processos como combusto in situ ou

injeo de gua. O vapor usado com o intuito de reduzir a viscosidade do leo em

conseqncia melhorar a mobilidade da fase no meio poroso de forma a conseguir um

escoamento mais eficiente at o poo produtor.

O avano recente de certas tecnologias como MWD (em ingls measuring while

drilling), medindo enquanto perfura, tem facilitado o desenvolvimento de novas tecnologiasde produo que envolvem poos horizontais. Entre estas novas tecnologias se encontram

processos como: drenagem de leo por diferencial gravitacional assistida com vapor (SAGD),

solvente expandido ES-SAGD e extrao com solvente VAPEX, o que tem melhorado

significativamente o contato dos fluidos, as eficincias de varrido, a produo de leo, e

reduzido os custos de produo.

O processo SAGD (steam assisted gravity drainage) um derivado da injeocontnua de vapor e est sendo muito utilizado atualmente em pases com reservas de leo


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pesado ou extra-pesado, devido s altas eficincias de recuperao encontradas no sistema.

Este mtodo envolve dois poos horizontais paralelos localizados em uma mesma vertical; o

poo superior usado como injetor de vapor e se recomenda que esteja prximo do inferior,

que o produtor de leo. A fora dominante neste processo a gravitacional. Este mtodo de

recuperao avanada mais efetivo para leos com alta viscosidade, ou para betume, e tem

sido demonstrado ser economicamente vivel em projetos comerciais de recuperao de

petrleo. Esta tecnologia est sendo atualmente muito estudada em funo da alta recuperao

de leos pesados e devido possibilidade de ser mais eficiente que a injeo contnua de

vapor, o que pode permitir maiores recuperaes do leo de um reservatrio.

O processo SAGD ou drenagem de leo com assistncia de vapor se apresenta como

uma alternativa bem apropriada j que usa o calor para a diminuio da viscosidade do leo e

utiliza poos horizontais o que permite uma maior produo e deslocamento dos fluidos, em

especial do leo. Este processo oferece uma cobertura de vapor mais sistemtica para o

reservatrio, proporciona maior contato de volume de leo e, adicionalmente, neste processo

o leo mantm-se quente durante a produo do poo o que permite aumentar a sua

recuperao. Com este processo possvel aumentar em mais de 10% o fator de recuperao

de reservatrios de leos pesados (Rose e Deo, 1995; Serhat e Bagci, 2001).

Este processo j foi comercialmente aplicado no Canad e na Venezuela, obtendo-se uma

elevada recuperao de leo (as recuperaes obtidas neste processo podem oscilar entre 50-

70% do volume de leo inicial ou in place). No Brasil ainda no foi aplicado este tipo de

processo, mas a tecnologia inicialmente pode ser aplicada em reservatrios que necessitem de

uma recuperao avanada para produzir o leo pesado ou extra pesado e onde se disponha de

vapor para injeo, mas sempre necessria uma avaliao da rea onde pode ser implantado

o projeto para verificar se o mtodo o mais conveniente e o que obtm a melhor vantagemtcnico-econmica.

O estudo desta tecnologia no Brasil fundamental para se conhecer em quais campos de

produo a mesma pode ser implementada com vantagens, assegurando rentabilidade maior e

com menor demanda de injeo de vapor. O passo inicial deste tipo de estudo a simulao

numrica, que permitir uma avaliao tcnica da aplicao deste mtodo.


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O objetivo principal deste trabalho aplicar o processo SAGD em um modelo de

reservatrio homogneo que contenha como caractersticas principais do reservatrio as da

regio do Nordeste para verificar atravs de uma anlise tcnico-econmica a adequao do

mtodo minimizando as necessidades de vapor e aumentando a rentabilidade do processo.

Para cumprir com o objetivo principal foi necessrio:

Realizar um estudo de sensibilidade de alguns dos parmetros mais relevantes do

reservatrio;

Obter uma funo de valor presente lquido que dependa de fatores como:

produo acumulada de leo, injeo de vapor, custos do vapor, custos de

produo, preo do leo e taxa de desconto anual;

Analisar o valor presente lquido para diferentes cenrios;

Otimizar a quantidade de vapor injetada de vapor para diferentes cenrios;

Diminuir as perdas de calor no processo atravs de uma injeo semi-contnua

de vapor;

Os modelos foram analisados em um programa comercial de processos trmicos,

conhecido como STARS da firma Computer Modelling Group que tem sede no Canad.

Este mdulo um simulador trifsico de mltiplos componentes foi desenvolvido com a

finalidade de simular recuperaes trmicas de leo no reservatrio, entre as quais se encontra

a injeo de vapor.

Esta tese de doutorado est composta por sete captulos, sendo esta introduo parte do

Captulo I. No Captulo II se apresenta a teoria principal que envolve o processo de

drenagem de leo por diferencial gravitacional (processo SAGD) e, foi mostrada a deduo

matemtica das principais equaes que regem o mtodo. Foi descrita a equao que foidesenvolvida e utilizada na anlise tcnico-econmica para o clculo de valor presente

lquido. No Captulo III foi apresentado um histrico dos trabalhos relacionados ao processo

SAGD desde 1980 at a atualidade mostrando os principais tpicos de cada artigo cientfico

que utilizou o mtodo. O Captulo IV apresenta o modelo de reservatrio analisado e as

principais consideraes realizadas neste estudo, assim como tambm mostra as principais

caractersticas do reservatrio analisado, tais como: propriedades da rocha-reservatrio,

propriedades dos fluidos e da rocha-fluido, so oferecidas uma descrio das condies deoperao e dos casos que foram simulados. No Captulo Vforam apresentados os resultados


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obtidos, que foram discutidos medida que foram apresentados. Foram comparados, quando

possvel, com alguns dos resultados obtidos na literatura. No Captulo VI foram apresentadas

as concluses mais importantes obtidas neste trabalho e as recomendaes para trabalhos

futuros. E por ltimo no Captulo VII foram apresentadas as referncias bibliogrficas

utilizadas no trabalho e os trabalhos publicados decorrentes desta tese de doutorado.


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Capitulo 2: Aspectos tericos Tese de doutorado. PPGEQ-UFRN


CAPTULO II:

ASPECTOS TERICOS


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2 Aspectos tericos

2.1 Mtodos avanados de recuperao de leo (IOR)

Os mtodos especiais de recuperao surgem da necessidade de aumentar a vida til

de um reservatrio, aumentando assim, o lucro do processo, e utilizado, muitas vezes,

quando a recuperao por mtodos convencionais pouco vantajosa. Estes processos

envolvem um agente externo que pode ajudar a diminuir a viscosidade do petrleo, a melhorar

os canais porosos, a diminuir a tenso interfacial entre os fluidos ou aumentar a mobilidade do

leo que vai ser produzido, e pode abranger mtodos trmicos (injeo de vapor ou

combusto in situ), qumicos, (injeo de surfactantes), miscveis (injeo de CO2) oumicrobiolgicos.

Na recuperao convencional, as baixas recuperaes iniciais podem ser devido alta

viscosidade do leo do reservatrio e s altas tenses interfaciais entre o fluido injetado e o

leo. Se o fluido injetado tem uma viscosidade muito menor que a do leo possvel que o

fluido deslocante se movimente melhor dentro dos canais porosos, encontrando caminhos

preferenciais at os poos produtores, ficando o leo retido, porque o fluido injetado no se

propagou adequadamente no reservatrio. Como conseqncia, se tem grandes volumes da

rocha com leo porque o deslocamento no ocorreu.

No caso de elevadas tenses interfaciais, a capacidade do fluido injetado de desalojar o

leo para fora dos poros da rocha muito baixa, deixando saturaes residuais de leo muito

altas nas regies que j tiveram contato com o fluido deslocante.

Estas situaes definem o mtodo que deve ser utilizado para o processo de recuperao

especial. Os mtodos de recuperao podem ser divididos em trs categorias:

Mtodos miscveis;

Mtodos qumicos;

Mtodos trmicos.

O mtodo a ser utilizado vai depender das caractersticas do reservatrio, da rocha, do

fluido e do retorno monetrio do reservatrio. E antes de por em prtica algum dos mtodos,


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necessrio um projeto minucioso que incluam simulaes numricas e uma anlise econmica

do processo. Neste trabalho sero de interesse os processos trmicos.

2.2 Processos trmicos de recuperao de petrleo

No mundo, existe ainda uma reserva grande de petrleo pesado e extra pesado, com as

maiores reservas encontradas na Venezuela e no Canad, no entanto no Brasil, o Rio Grande

do Norte conta com grandes reservas de leo pesado on shore. Em reservatrios com leos

pesados ou extrapesados que so muito viscosos, no muito conveniente a utilizao de

mtodos convencionais de recuperao, devido ao fato da alta viscosidade do leo dificulta

seu movimento dentro do meio poroso, deixando passar o fluido injetado, resultando em

eficincias de varrido baixas. O leo ao ser aquecido diminui a viscosidade e este oprincipio bsico do mtodo trmico de recuperao de leo. Inicialmente a busca dessa

diminuio de viscosidade era feita com o aquecimento do leo para aumentar a produo. Os

processos foram evoluindo no tempo at os mtodos atuais. Nos mtodos trmicos tm-se

duas categorias sobressalentes: a combusto in situ, no qual o calor gerado dentro do

prprio reservatrio a partir da combusto de parte do leo ali existente, e a injeo de

fluidos aquecidos, que a gerao de calor na superfcie e transferida para um fluido que logo

injetado no poo.

Na injeo de fluidos aquecidos usa-se gua como meio de transportar o calor desde a

superfcie at a zona de leo, e que pode ser injetada na forma de vapor ou a uma temperatura

bem elevada, porm ainda no estado lquido, tendo-se ento dois processos: injeo de vapor

e injeo de gua quente.

Os mtodos de recuperao trmica de leo so na maioria das vezes bem sucedidos.

Isto pode ser devido a que a viscosidade diminuda em grande proporo por estes

processos. Mas por enquanto no se tem um mtodo timo de recuperao de leo. O mtodo

escolhido deve ser avaliado com extremo cuidado e vai depender das condies fsicas do

reservatrio, dos resultados achados em reservatrios semelhantes, da experincia da equipe

de trabalho e dos resultados das simulaes realizadas.

Diversas tecnologias tm sido desenvolvidas com o intuito de extrair o leo pesado e

extra-pesado encontrado nas diferentes jazidas petrolferas. Processos como injeo de gua

quente, injeo contnua de vapor, injeo cclica de vapor e combusto in situ, tm sido


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aplicados com sucesso no Brasil e no mundo. Devido ao avano recente de certas tecnologias

como MWD, medindo enquanto perfura, (measuring while drilling), se tem facilitado o

desenvolvimento de novos mtodos de recuperao, tais como os processos: drenagem de

leo por diferencial gravitacional assistida com vapor (SAGD), solvente expandido ES-SAGD

e extrao com solvente VAPEX, o que tem melhorado significativamente o contato dos

fluidos no poo, as eficincias de varrido, a produo de leo, e reduzido os custos de

produo.

2.3 Injeo contnua de vapor

A injeo de vapor como mtodo de recuperao de leo pesado tem sido utilizada por

muitos anos em campos localizados em pases como Estados Unidos, Canad, Brasil eVenezuela. Este processo envolve a injeo de vapor proveniente de um poo injetor vertical

que arrasta o leo at um poo produtor de leo.

Neste processo o vapor injetado continuamente em um ou mais poos verticais,

chamados poos injetores, e o leo empurrado para os poos de produo. Como este

processo requer poos injetores e produtores, uma maior rea dentro do reservatrio

abrangida, obtendo-se altas recuperaes do leo, maiores que na injeo cclica de vapor(Farouq, 2003). Os fatores de recuperao de leo neste processo podem chegar a 50% ou

mais. Apesar de se obter altas recuperaes a eficincia trmica neste processo menor que

na injeo cclica de vapor (Nasr e Ayodele, 2005).

Recentes projetos para recuperao de leo tm usado uma combinao de poos

verticais e horizontais, mas ainda existem alguns problemas tcnicos como a minimizao do

impacto da capa de gs e de influxo de gua (Nasr e Ayodele, 2005).

Os mtodos de injeo contnua e cclica de vapor so freqentemente combinados e

usados, onde os poos produzem leo por estimulao cclica antes de se iniciar a injeo

contnua. Se for desejado produzir leos muito viscosos, a estimulao antes da injeo

contnua essencial para se obter comunicao de fluxo entre os poos injetores e produtores.

Esta comunicao pode ser estabelecida atravs da criao de uma fratura entre os poos, a

qual pode ser feita por meio de uma injeo de vapor a uma presso suficientemente alta

(Briggs et al., 1987).


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A injeo de vapor tem sido aplicada na Venezuela, em escala piloto e comercial, mas

no foi mais rentvel do que a estimulao com injeo cclica de vapor. Em Cold Lake,

Alberta (Canad), este processo no tem sido comercialmente bem sucedido, devido s

fraturas e s comunicaes causadas pelas injees cclicas de vapor precedentes. Algumas

das operaes que envolvem injeo contnua de vapor que tm sido bem sucedidas esto

localizadas na Indonsia e no Brasil (Farouq, 2003).

2.4 Injeo cclica de vapor

A estimulao cclica (tambm conhecida como huff n puff) foi descoberta no leste da

Venezuela por acidente em 1959 (Nasr e Ayodele, 2005). Neste processo, se injeta vapor com

uma elevada presso e temperatura. A alta presso de injeo dilata ou fratura o reservatrio ea alta temperatura ajuda a reduzir a viscosidade do leo. A injeo cclica se realiza em trs

etapas:

Etapa 1, perodo de injeo: Vapor injetado em um poo, por um determinado

perodo de tempo (dias ou at semanas).

Etapa 2, perodo de soaking: Depois do perodo de injeo, o poo permanece

fechado por alguns dias, tempo chamado de perodo de soaking.

Etapa 3, perodo de produo: por ltimo o mesmo poo usado na injeo usado para comear a produzir o leo aquecido.

No incio o leo produzido em vazes altas depois estas vazes comeam a diminuir

rapidamente. O ciclo pode ser repetido depois de um perodo de tempo enquanto seja

economicamente rentvel. Este processo tem como principal vantagem o retorno rpido

durante o perodo de produo, porm o fator de recuperao do leo neste processo pode

estar entre 10 e 20 % do volume original de leo (Farouq, 2003).

Este processo pode utilizar tanto poos horizontais como verticais, dependendo da

espessura da formao. A injeo cclica de vapor tem sido usada em diversos campos

petrolferos com sucesso, como foi em um campo da provncia de Alberta, no Canad, onde a

viscosidade do leo no reservatrio de cerca de 100.000 cP. Na Venezuela e no Brasil, nos

campos de petrleo pesado tambm se usa com muito xito este mtodo de recuperao

trmica. Na Califrnia usado como primeira etapa antes da injeo contnua de vapor

(Farouq, 2003). Recentemente, esta tecnologia tambm est sendo utilizada em poos

horizontais, principalmente na Venezuela e na Provncia de Alberta (Canad).


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2.5 Combusto in situ

A combusto in situ se inicia por meio de injeo de ar aquecido, ocorrendo um

processo de oxidao do leo que quem vai gerar o calor. medida que ocorre a oxidao o

processo se intensifica at chegar a uma temperatura chamada de ponto de ignio, a partir

da qual est estabelecida a combusto. Nesse ponto necessria a injeo de ar frio e o

processo tem continuidade (Briggs et al., 1987; Thomas et al., 2001). A frente de combusto

empurra ou desloca os fluidos contidos no reservatrio (incluindo gases injetados e resultantes

da combusto) at o poo produtor. Neste processo se deve ter cuidado com parmetros como

temperatura da combusto e segregao gravitacional dos gases. No processo convencional

so usados poos verticais, tal como na injeo de gua ou na injeo contnua de vapor.

Existe uma variao do processo de combusto in situ conhecida como THAI (Toe-

to-Heel-Air-Injection) e neste processo se usa um poo horizontal como produtor e um poo

vertical como injetor de ar. Neste processo ar injetado em um poo vertical e a frente de

combusto criada, sendo o leo queimado para gerar calor. O calor reduz a viscosidade do

leo dentro do reservatrio, permitindo um fluxo pelo efeito gravitacional at o poo

horizontal localizado na parte inferior da cmara de combusto. A frente de combusto varre

desde o final do poo horizontal (Toe) at o inicio da curvatura onde comea a verticalidadedo poo (Heel), o que permite altas recuperaes de leo de at 80% (Nasr e Ayodele, 2005).

2.6 Drenagem de leo por diferencial gravitacional assistida com vapor

(Processo SAGD)

O processo de drenagem de leo por diferencial gravitacional assistida com vapor

(processo SAGD) e suas variaes so tecnologias consideradas atualmente eficazes na

recuperao de leo pesado e de areias betuminosas.

A drenagem de leo pelo processo SAGD um mtodo efetivo para a produo de leo

pesado e betume e envolve dois poos horizontais paralelos separados verticalmente por uma

distncia, recomendada de 5m, onde o poo superior serve como injetor de vapor e o inferior

recolhe a gua da formao, a gua condensada e o leo aquecido. A fora gravitacional a

fora atuante neste processo. Quando o vapor continuamente injetado no poo superior o

leo aquecido e forma uma cmara de vapor a qual cresce para cima e para os arredores


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(Butler, 1991), como observado na Figura 2-1. A temperatura dentro da cmara se torna

essencialmente igual temperatura do vapor injetado. O vapor condensa na interface com o

leo frio e calor transferido ao leo. Ento, o leo aquecido e a gua condensada drenam por

gravidade, at o produtor horizontal localizado na parte inferior do reservatrio.

Reservatriode

leoPoo Injetor de vapor

Poo produtor

Vapor flui paraa interfase e

condensa

leo aquecidoFlui para o Poo

Produtor

Figura 2-1: Conceito da drenagem de leo assistida por gravidade.

(Butler, 1991).

Neste processo a cmara de vapor comea a crescer para cima at o topo do reservatrio

e depois se estende em forma horizontal (Butler, 1991), e pode continuar a crescer com a

contnua injeo de vapor. Se o poo injetor localizado bem prximo ao produtor

completado, na base do reservatrio, o vapor tender a subir e o condensado a descer ento a

tendncia do vapor fluir diretamente para o poo produtor ser reduzida. O esquema de

operao do processo SAGD permite que uma grande rea do reservatrio seja drenada. Este

processo depende principalmente da diferena de densidades entre a cmara de vapor e da

fase lquida, tambm da permeabilidade efetiva vertical do reservatrio (Nasr e Ayodele,

2005)

Butler (1991) desenvolveu a teoria de recuperao de leos pesados pelo processo

SAGD. A Eq (2.1), mostra a relao entre a vazo de leo e os parmetros do reservatrio,

segundo a teoria inicial de recuperao por SAGD.

1,5 o o vapor

s

S k g hq

m

(2.1)


32/184



m

Rs

Rs

TT

TT

(2.2)

1

11

S

R

T

TRs TT

dTm

(2.3)

Nas Equaes (2.1), (2.2) e (2.3):

q: Vazo do leo drenado

: Porosidade

So: Diferena entre a saturao inicial do leo e a saturao residual do leo

ko: Permeabilidade efetiva ao leo

g: constante gravitacional

: Difusividade trmica da rocha

hvapor: altura da cmara de vapor

m: coeficiente adimensional que relaciona a viscosidade com a temperatura em forma

emprica.

s: Viscosidade cinemtica do leo na temperatura da interface com o vapor

: Viscosidade cinemtica do leo na temperatura T

TS: Temperatura da interface com a cmara de vapor

TR: Temperatura do reservatrio

Segundo Serhat e Bagci, (2001) as conseqncias desta teoria podem ser que o

crescimento da cmara de vapor necessrio para a produo de leo, ou seja, a produo de

leo ocorre enquanto o vapor injetado; quanto maior a temperatura do vapor maior vai ser atemperatura do leo, obtendo-se uma maior produo deste; a produo de um leo de baixa

viscosidade pode ser aumentada.

Devido ao fato de que a vazo de produo de leo no processo SAGD depende

basicamente da drenagem gravitacional, poos com grandes comprimentos garantem boas

produes e aumenta, em conseqncia, na economicidade do projeto. Comparado ao

processo de injeo contnua convencional, o SAGD apresenta uma vantagem muitosignificativa: na injeo contnua o leo empurrado para uma zona fria, e a sua mobilidade


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baixa medida que se afasta da zona de vapor. Porm no processo SAGD, o leo drenado

com fluxo aproximadamente paralelo cmara de vapor, chegando ao poo produtor ainda

aquecido e em conseqncia mvel, alm de que a tendncia do vapor criar um caminho

atravs do leo utilizada a favor do processo (Butler, 2001).

Em adio aos benefcios da drenagem pelo efeito gravitacional, este processo prev

uma cobertura de vapor mais sistemtica para o reservatrio, proporciona maior contato de

volume de leo e, adicionalmente, o SAGD mantm o leo quente durante a produo do

poo. O desempenho do processo SAGD pode ser significativamente afetado pela seleo da

geometria e pelos parmetros operacionais. Exemplos disto podem ser: a distncia vertical

entre os poos, o comprimento horizontal, tanto do poo injetor quanto do produtor, os

folhelhos, a permeabilidade, a viscosidade, o aqfero e a capa de gs entre outros.

2.6.1 Histrico de aplicao do processo SAGD em campo

Em 1985 foi feita a primeira implantao de um processo SAGD em Undeground Test

Facility (UTF) em Fort Mc Murray, Alberta , Canad (Nasr et al., 1998), esta unidade foi

instalada pela AOSTRA (Alberta Oil Sands Technology and Research). Esta primeira

operao de campo foi bem sucedida e levou implantao do processo em outros campos deleo pesado e betume, tanto no Canad como na Venezuela. Na Tabela 2-1 se apresentam os

dados operacionais e na Tabela 2-2 as principais caractersticas dos reservatrios e dos fluidos

obtidos em alguns dos projetos reportados na literatura.

Em 1993, o processo foi implantado no campo de Peace River (Alberta, Canad), mas

os resultados obtidos no foram satisfatrios (Geneau, 2003), devido a que a quantidade de

leo produzida foi muito baixa. O insucesso pode ser atribudo existncia de duas areias de

diferentes caractersticas no reservatrio. No topo do reservatrio a rocha tem baixa

permeabilidade (40 a 400 mD) e na base a rocha tem uma alta permeabilidade (400 mD a

2000 mD). Os poos produtores foram instalados na zona de alta permeabilidade e acredita-se

que o vapor no conseguiu passar na zona de baixa permeabilidade. Outros projetos instalados

com sucesso foram em Alberta e nos campos de Christina Lake e Foster Creek, e tambm no

campo de Tia Juana, na Venezuela.

Dos projetos realizados, alguns foram bem sucedidos e outros no, estes insucessos

podem ser devidos s incertezas geolgicas, problemas nas instalaes, problemas no poo,


34/184



etc. Por isso so necessrios uma boa compreenso do processo, uma caracterizao adequada

do campo e um estudo dos parmetros que envolvem o SAGD.

Neste trabalho o reservatrio utilizado baseou alguns dos parmetros operacionais e de

reservatrio em dados obtidos destas tabelas. Por exemplo, a distncia entre poos foi fixada

em 5m e o comprimento dos poos foi fixada em 510m, que esto dentro dos trabalhos de

campo j publicados.

Com o avano da perfurao horizontal e o intuito de melhorar a eficincia trmica do

processo SAGD, outros processos j esto sendo estudados, exemplos disto so o processo de

solvente expandido SAGD ou expanding solvent SAGD (ES-SAGD) e o processo Vapex.


35/184

JennysLourdesMenesesBarillas

16

Tabela2-1:DadosoperacionaisdeprojetosSAGDreportadosnaliteratura.

Campo

Athabasca

(Zhaoet

al.,

2003)

S

enlac

(B

oyleet

al.,

2003)

Foster

Creek

(Chachula,

2003)

Peace

River

(Geneau,

2003)

Ugnu

(Sharmaet

al.,

2002)

LongLake

(Kerret

al.,

2002)

Christina

Lake

(Suggetet

al.,

2000)

T

iaJuana

(Vsquez

etal.,

1999)

Hilda

Lake

(Donnelly

1999)

Burnt

Lake

(Kismanet

al.,

1995)

UTF

(Edmunds

etal.1991)

Comprimentodos

poos(m)

500

500a600

750

1000

--

--

500a750

424

900

1000

60,500,

750

Distanciaentreo

produtoreabaseda

zonadeleo(m)

0,5

2a5

--

--

--

--

2a5

3

--

--

--

Distanciaentreo

produtoreoinjetor

(m)

5

5a7

5a7

--

--

5

5a7

5

6

5

5

Distanciaentre

paresdepocos(m)

100

135

--

--

--

150

--

100

100

90

--

Vazodeinjeo

(t/dia)

500

--

--

200

160

--

550

1

20a140

164

--

--

Vazodeproduo

deleo(m3/dia)

--

140a240

160a240

--

--

150

230a330

110

64

--

--

Fatorde

Recuperaoda

zonadoProjeto(%)

--

70

50a70

50a55

70

--

50a70

52a60

40

--

>50

BSW(

%)

--

60a70

--

--

10a60

71(mx)

--

50

--

--

--

ROV

--

0,4a0,5

0.42

0,1a0,18

--

0,28

0,52

0,6

0,25a0,33

--

0,37

16


36/184

Capitulo2:Aspectostericos

Tese

ded

outora

do.P

PGEQ-UFRN

Jenn

ysLourdesMenesesBarillas

17

Tabela2-2:CaractersticasdosreservatriosefluidosdeaplicaesdoprocessoSAGD.

Campo

Athabasca

(Zhaoet

al.,

2003)

Se

nlac

(Bo

yleet

al.,

2003)

Foster

Creek

(Chachula,

2003)

Peace

River

(Geneau,

2003)

Ugnu

(Sh

armaet

al.,

2002)

LongLake

(Kerret

al.,

2002)

Christina

Lake

(Suggetet

al.,

2000)

TiaJuana

(V

asquez

etal.,

1999)

Hilda

Lake

(Donnelly

1999)

Burnt

Lake

(Kismanet

al.,

1995)

UTF

(Edmunds

etal.1991)

Viscosidadedo

leoaTdo

Reservatrio

2x106

5000

190000

70000

50000a

1

MM

--

300000

20.000

26000

26.000

1a5x106

APIdoleo

13

a14

10

7,0a10,0

7,0

a11,5

--

7,5a9

9a11

11a12

11a12

--

Permeabilidade

(mD)

3000

8

00

2000

40a200e

400a200035

a1500

7000

3000a

10000

1000a

2000

--

--

5000a

12000

Porosidade(%)

--

33

30

--

34a37

33a35

32,5

--

--

--

35

Saturaodoleo

(%)

81

85

--

--

66a72

>80

--

85

--

--

85

Profundidade(m)

--

7

50

480

600

690a970

210

400

300

430

500

150

Espessuradazona

deleo(m)

25

16

25

25

--

30

20a60

12a26

--

20a30

20

Presenade

Aqfero

--


37/184


2.6.2 Solvente expandido- SAGD (ES-SAGD)

Este processo uma combinao da injeo de solvente com vapor no qual soaproveitados os benefcios do calor oferecido pelo vapor e da miscibilidade do solvente na

recuperao de leos pesados e/ou betuminosos. Esta uma nova patente que j tem sido

testada em campo e tem resultado em um melhoramento das vazes de produo de leo e na

razo leo-vapor (ROV), tendo uma necessidade energtica e de gua menor que o processo

convencional SAGD. O conceito bsico do processo ES-SAGD pode ser observado na Figura

2-2. A idia neste processo injetar um aditivo de hidrocarboneto em baixa concentrao em

conjunto com o vapor, em um processo onde a fora dominante a gravidade. O aditivo

selecionado de forma tal que possa se evaporar e condensar nas condies da fase gua. Desta

forma, o solvente pode condensar junto ao vapor na interface da cmara formada pelo vapor.

O hidrocarboneto adicionado injetado em forma de vapor. O solvente condensado se dilui

no leo e ajudado com o calor reduz a sua viscosidade no reservatrio (Nasr e Ayodele,

2005).

Reservatriode

leo

Poo Injetor

Poo produtor

Vapor

Solvente condensado

Solvente vaporizado

Reservatriode

leo

Poo Injetor

Poo produtor

Vapor

Solvente condensado

Solvente vaporizado

Figura 2-2: Conceito bsico do processo ES-SAGD.

2.6.3 Extrao com solvente Vapex

Este um processo no trmico que tambm similar ao SAGD, exceto que em vez de

se utilizar vapor no poo injetor usado somente um hidrocarboneto ou uma mistura deles

vaporizado como solvente. O solvente se difunde no leo promovendo uma reduo da

viscosidade, permitindo um deslocamento do leo at o poo produtor. Neste processo


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necessrio manter o solvente na fase vapor, o mais perto possvel da presso de vapor. A

vantagem adicional deste processo que o solvente ajuda a melhorar a qualidade do leo

produzido devido a que ocorre no processo uma de-asfaltenizao. Uma desvantagem deste

processo a baixa produo de leo quando comparada ao SAGD.

2.7 Planejamento e otimizao de experimentos

Normalmente a estatstica lembrada quando se tm grandes quantidades de

informao, e a atividade estatstica mais importante no a anlise dos dados e sim os

planejamentos dos experimentos em que esses dados devem ser obtidos, por isso um bomplanejamento consiste em projetar experimentos de forma tal que ele seja capaz de oferecer a

informao que se est procurando (Barros Neto et. al, 2003).

No planejamento de qualquer experimento o primeiro que deve ser realizado decidir

quais os fatores e as resposta de interesse no estudo. Os fatores normalmente podem ser as

variveis que podem ser controladas ou atributos de incerteza de um sistema, e podem ser

qualitativos ou quantitativos. As respostas so as variveis de sada do sistema nas quais se

tem interesse, e que podero ser afetadas por modificaes devido a mudanas nos fatores,

estas respostas tambm podem ser qualitativas ou quantitativas.

Um planejamento fatorial completo considera as possveis combinaes que se podem

obter entre os diferentes fatores que sero analisados. Por exemplo, se os fatores so:

temperatura e concentrao de HCL, o nmero de experimentos pode ser 4, realizando uma

analise linear em dois nveis: mnimo (-1) e mximo (+1), mas quando se acrescenta outra

varivel como o tipo de catalisador, as possveis combinaes entre os nveis mnimo e

mximo das variveis pode aumentar at 8, e a cada nova varivel as simulaes ou

experimentos dobram (22=4, 23=8, 24=16, 25=32, 26=64,....,2k). Se as variveis so muitas

podem ser utilizados planejamentos fatoriais fracionados que permitem fazer uma triagem

para se conhecer as principais variveis que afetam o processo. Se existem 4 nveis em um

fator e 3 em outro so necessrios 4 x 3 = 12 ensaios diferentes e o planejamento ser

chamado de fatorial 4 x 3. Em geral se houver n1nveis do fator 1, n2do fator 2, ...,nkdo

fator k, o planejamento ser um fatorial n1x n2x ... x nk. Isso no necessariamente significa

que sero realizados apenas n1 x ....x nk experimentos, j que esse o nmero mnimo de


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ensaios requeridos para um planejamento fatorial completo. Se for necessrio estimar o erro

experimental podem ser necessrios ensaios repetidos o que aumentaria o numero de

experimentos. O planejamento mais simples aquele em que todos os fatores so estudados

apenas em dois nveis, e pode ser chamado de planejamento fatorial 2k.

Por exemplo, a Tabela 2-3 mostra um planejamento fatorial 22, para estudar o efeito

da temperatura e de um tipo de catalisador sobre o rendimento da reao (Barros Neto et. al,

2003). Segundo esta tabela quando se utiliza o catalisador A e a temperatura aumenta de 40

C at 60C (exp. 1 e 2), o rendimento mdio se incrementa de 59% para 90%, isto mostra um

aumento de 31%. Analisando o tipo catalisador B (exp. 3 e 4) pode ser observado que a

resposta do rendimento aumenta 14% (de 54 para 68%). Os resultados mostram que oaumento de temperatura tem o efeito maior no rendimento que a mudana de catalisador, pelo

que pode ser considerado o efeito principal do processo. Mas os resultados tambm mostram

que o rendimento do catalisador depende da temperatura, a 40C (exp. 1 e 3) se observa que a

mudana do catalisador promove uma diminuio do rendimento da reao em 5%. A 60 C

(exp 2 e 4) a reduo do rendimento de 22%. Ento pode ser observado que estas variveis

dependem uma da outra, e se diz que estas variveis interagem, e o efeito da interao pode

ser calculado.

Tabela 2-3: Planejamento 22do efeito de um catalisador e da temperatura no rendimento de

uma reao.

Exp. Temperatura(C)

Catalisador Rendimentomdio (%)

1 40 A 592 60 A 903 40 B 54

4 60 B 68

O efeito principal (neste caso da temperatura) por definio a mdia dos efeitos da

temperatura nos dois nveis do catalisador. Usando a letra T para representar esse efeito, e

sendo iy a resposta mdia observada no i-simo experimento, se pode escrever segundo a

equao (2.4):

2 1 4 3

2

y y y yT

(2.4)


40/184



90 59 68 5822,5%

2T

Este valor de 22,5% mostra que o rendimento da reao sobe 22,5% em mdia quando

a temperatura passa de seu nvel inferior at o nvel superior. Contudo, esta concluso no

est completa, j que anteriormente se observou que o catalisador e a temperatura interagem e

necessrio incluir tambm ao catalisador, ento necessria uma interpretao em conjunto

dos fatores.

Nos planejamentos de dois nveis podem ser identificados os nveis superior e inferior

com os sinais (+) e (-) respectivamente. Com esta nova notao pode ser observado naTabela 2-3 que os experimentos 2 e 4 esto no nvel mximo (+) e os ensaios 1 e 3 no nvel

mnimo (-). Esta atribuio tambm pode ser realizada em termos qualitativos como o caso

do catalisador, e neste exemplo o catalisador B est correspondendo ao nvel mximo e no

afetam os resultados. Ento, a equao (2.4) pode ser reescrita como uma diferena entre duas

mdias nos nveis mximos e mnimos:

2 4 1 32 2

y y y yT (2.5)

T y y (2.6)

A equao (2.6) vlida para o clculo de qualquer efeito principal de um

planejamento experimental de dois nveis.

Para o clculo do efeito do catalisador ser utilizada a equao (2.6): 3 4 1 2

2 2

y y y yC y y

(2.7)

13,5%C

Pode ser observado que o efeito do catalisador negativo o que significa que quando

se troca o catalisador do A pelo catalisador B, o rendimento da reao cai em 13,5% em

mdia. Se a escolha dos nveis do catalisador tivesse sido ao contrrio (catalisador A nvel

mximo (+) e catalisador B nvel mnimo (-)), a resposta seria um incremento de 13,5% ao


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mudar de catalisador. Mas na prtica a concluso a mesma, o rendimento do catalisador B

menor em 13,5% em media que o catalisador A.

Se no existisse interao, o efeito da temperatura deveria ser o mesmo, em ambos

catalisadores, mas j se observou que no assim, por isso existe a necessidade de avaliar a

interao entre os dois fatores. O efeito da temperatura +31% com o catalisador A e cai para

+14% para o catalisador do tipo B. Como na ausncia de interao estes parmetros deveriam

ser idnticos possvel tomar a diferena entre eles como uma medida da interao entre os

fatores T e C. Na realidade, por uma questo de consistncia com a definio dos outros

efeitos, a metadeda diferena que por definio o efeito de interao entre os dois fatores.

Usando TxC para representar a interao dos efeitos, possvel escrever:

4 3 2 32 1 1 4

2 2 2 2

y y y yy y y yTxC

(2.8)

14 318,5%

2TxC TC

As equaes (2.5), (2.7) e (2.8) mostram que para calcular qualquer efeito se usamtodas as respostas observadas. Cada efeito a diferena de duas mdias, metade das

observaes contribui para uma das mdias, e a metade restante aparece na outra mdia. Esta

caracterstica importante nos planejamentos fatoriais de dois nveis (Barros Neto et. al,

2003).

No mercado, j se tm a disposio diferentes programas que permitem o clculo dos

efeitos principais e da interao entres duas ou trs variveis. Estes programas tm surgido

devido necessidade de eliminar o erro humano ao trabalhar com uma quantidade muito

grande de dados e respostas. Interaes entre mais de trs variveis podem ser analisadas

atravs de redes neurais, mas neste estudo no sero considerados efeitos entre mais de trs

variveis, devido ao fato de que so mais complexos e precisam de programas mais

elaborados.

O programa computacional que ser utilizado na anlise dos efeitos principais e suas

interaes ser o STATITICA 6.0 que permite fazer clculos estatsticos, grficos, e


42/184



procedimentos para manipular experimentos com o intuito de analisar dados e respostas

obtidas de diferentes sistemas, inclusive de aplicao em engenharia.

Para analisar os parmetros ou fatores envolvidos no processo tambm foi utilizada a

metodologia de superfcies de resposta (ou RSM de Response Surface Methodology) que

uma tcnica de otimizao baseada em planejamentos fatoriais introduzida por G. E. Box nos

anos cinqenta, e tem sido utilizada com sucesso em diferentes aplicaes na modelagem de

processos industriais e tambm na pesquisa acadmica. Esta metodologia consta de duas

etapas: modelagem e deslocamento, que so repetidas tantas vezes quantas forem necessrias,

com o objetivo de atingir uma regio tima da superfcie investigada. A modelagem pode ser

realizada ajustando-se modelos simples, que podem ser lineares ou quadrticos, a respostasobtidas de planejamentos fatoriais. O deslocamento se d sempre ao longo do caminho de

mxima inclinao de um determinado modelo, que a trajetria na qual a resposta varia em

forma mais significativa.

2.8 Anlise tcnico-econmica

2.8.1 Valor presente lquido

Neste trabalho foi necessria uma anlise tcnico-ecnomica para realizar a

otimizao do vapor em funo da produo de leo, do preo do leo por barril e da relao

entre o custo de gerao de vapor e o preo de venda do petrleo, que foi realizada atravs do

clculo do valor presente lquido.

Para o clculo do valor presente lquido (VPL) foi considerado: o preo de venda do

petrleo, o custo de gerao do vapor e o custo da produo do leo, sem considerar custos

relacionados ao capital inicial nem outros custos adicionais. O custo inicial pode ser

acrescentado em qualquer momento o que modificaria o VPL no primeiro ano.

A Eq. (2.9) mostra o clculo do VPL, esta equao foi mostrada no modelo estudado

por Holcomb e Alcocer (1985).


43/184



1 1

n

tt

RCFtVPL Cinicial

k

(2.9)

onde:

VPL: Valor presente lquido (US$)

t: tempo (anos)

RCFt: Fluxo de caixa anual (US$)

Cinicial: Custo de investimento inicial (US$), no vai ser considerado neste estudo

k: Taxa de desconto anual

O fluxo de caixa pode ser calculado segundo a Eq. (2.10)

RCFt = ganho na produo de leo ($)

- gastos em produo ($)

- gastos de gerao de vapor($)

(2.10)

anualganho na produo de leo= Np * Xleo (2.11)

Onde:

Npanual= Produo anual acumulada de leo (m3)

Xleo=Preo do petrleo (US$/m3)

1 anual gastos em produo ($)= F Np Xleo (2.12)

onde:

F1: Relao entre o custo de produo e o custo do leo

gastos de gerao de vapor($)= Vinj Yvapor (2.13)

onde:

Vinj: Quantidade de vapor injetado anualmente (m3)

Yvapor: Custo do vapor por tonelada (US$/m3)


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O custo de gerao de vapor pode ser relacionado com o preo de petrleo, segundo a

Eq. (2.14)

1Yvapor C Xleo (2.14)

Substituindo a Eq. (2.11), (2.12) e (2.13) na Eq. (2.10) se obtm a Eq. (2.15)

anual 1 anual RCFt = Np * Xleo - F Np Xleo -Vinj Yvapor (2.15)

O custo de gerao de vapor (Yvapor) pode ser substitudo na Eq. (2.15) pela Eq.

(2.14):

1anual 1 anual RCFt = Np * Xleo- F Np Xleo -Vinj C Xleo

1anual 1 anual RCFt =

Documents

Estudio Eor - Sagd