15 RSM 2016-I - Termicos

Recuperación Secundaria y Mejorada

Métodos Térmicos

Semestre 2016-I

GEPM 1

Métodos Térmicos (EOR)

En palabras sencillas…

• Proceso de recuperación de aceite en el cual seutiliza una fuente de calor (inyección o in-situ) con elobjetivo de cambiar ciertas propiedades del sistemaroca-fluido y así poder recuperar el aceite que bajocondiciones “normales” no es móvil.

GEPM 2

Métodos Térmicos

Historia• Calentadores de fondo - Perry y Warner (1865)

• Mejorar condiciones de flujo en el pozo y la vecindad mediante la reducción de la viscosidad del aceite

• Considerados como tratamientos de estimulación y prevención• Combustión in-situ - Wolcott y Howard (1920)

• Quemar parte del crudo, reducir viscosidad y proporcionar fuerza de desplazamiento

• En EEUU se comienza a desarrollar a partir de 1953• Inyección continua de vapor – EEUU (1931-1932)

• Texas: 235 días de inyección en una arena de 18 pies de espesor y a 380 pies de profundidad

• Primero proyectos a gran escala: Schoonebeek (Holanda), Tía Juana (Venezuela)

• Inyección alterna de vapor – Venezuela (1959)• Descubierta por accidente en una prueba piloto en Mene Grande

GEPM 3

Recuperación Mejorada Métodos

• Basados en Gas• CO2• Aire• Gases Hidrocarburos• N2• Agua alternando Gas

(WAG)• Agua alternando Gas

asistido con espumas (FAWAG)

GEPM 4

• Basados en Agua• Surfactantes• Polímeros• Alcalinos• Geles-Polímeros• Agua con baja

salinidad• Bacterias

• Térmicos• Vapor (inyección continua o

cíclica)

• Drene gravitacional asistido por vapor (SAGD)

• Combustión “In-Situ”

Recuperación Mejorada “Pre-Calificación”

GEPM 5

SPE 129768 – Dickson 2010

PropiedadGas

HidrocarburoCO2 N2

Inyección

Cíclica de

Vapor

Vapor SAGDAgua

CalientePolímeros ASP

API >30-40 >22 >40 8-35 8-20 7-12 10-35 >15 >20

Viscosidad (cp) <3 <10 <0.4 103-10

610

3-10

44000-10

610

3-10

410-1000 <35

Profunidad (m) 1200-4800 >750 >3050 120-920 120-1400 75-920 <920 250-2750 150-2750

Permabilidad (md) -- -- -- >250 >250 >5000 >35 >100 >100

Presión (psia) >PMM >PMM >PMM 400-1500 <1500 Alta >2000 -- --

Saturación Aceite (%) >30 >20 >40 >50 >40 >50 >50 >30 >45

Espesor (m) Delgado Delgado Delgado >20-150 15-150 50-100 >20 -- --

Salinidad (ppm) -- -- -- -- -- -- -- <3000 <200,000

Temperatura (°C) Afecte PMM Afecte PMM -- -- -- -- -- <77 <94


GEPM 6


GEPM 7

Taber, Martin, Seright - 1997


GEPM 8



GEPM 9



GEPM 10

Métodos Térmicos:Conceptos Básicos

GEPM 11

Es necesario estudiar y caracterizar las propiedades termodinámicas de estos tres elementos

Fundamental para un proyecto exitoso

Fuentes de CalorRocaPetróleo


GEPM 12

Petróleo

• Viscosidad (cp)

Disminuye con un aumento de temperatura Necesario conocer el comportamiento de la

viscosidad en función de la temperatura Se utilizan experimentos de laboratorio y

correlaciones empíricas


GEPM 13

Petróleo

• Calor específico, C (BTU/lb°F)

Calor necesario para elevar en un grado latemperatura de una unidad de masa

Que tan fácilmente los fluidos en el yacimientos(aceite y/o gas) aumentan su temperatura

Se utilizan experimentos de laboratorio ycorrelaciones empíricas


GEPM 14

Petróleo

• Capacidad Calorífica M f(poro, densidad, C, S)(BTU/pie3°F)

Calor necesario para elevar la temperatura de laroca y fluidos



GEPM 15

Petróleo

• Conductividad Térmica, Kh (BTU/h-pie-°F)

Propiedad del material que indica la cantidad decalor transferido, por unidad de área transversalnormal a un gradiente unitario de temperatura,varia con presión y temperatura

Que parte de ese calor va a ser transmitido a travésde una fase continua de fluidos



GEPM 16

Petróleo

• Difusividad térmica, a = Kh/M (pie2/h)

Propiedad del material que indica la cantidad decalor transferido, por unidad de área transversalnormal a un gradiente unitario de temperatura,varia con presión y temperatura

Que parte de ese calor va a ser transmitido a travésde una fase continua de fluidos



GEPM 17

Roca

• Calor específico, C (BTU/lb°F)


Que tan fácilmente la roca aumenta su temperatura Se utilizan experimentos de laboratorio y

correlaciones empíricas


GEPM 18

Roca

• Capacidad Calorífica M f(poro, densidad, C, S)(BTU/pie3°F)

Calor necesario para elevar la temperatura de laroca y fluidos


Dependerá también de los fluidos que la saturen


GEPM 19

Roca

• Conductividad Térmica, Kh (BTU/h-pie-°F)

Propiedad del material que indica la cantidad de calortransferido, por unidad de área transversal normal a ungradiente unitario de temperatura, varia con presión ytemperatura

Que parte de ese calor va a ser transmitido a través de unafase continua de fluidos

Se utilizan experimentos de laboratorio y correlacionesempíricas

En función de densidad, porosidad, temperatura, saturaciónde fluidos, tipos de fluidos y movimiento de los fluidos en laroca


GEPM 20

Roca

• Difusividad térmica, a = Kh/M (pie2/h)

Usado mas que el concepto de conductividadtérmica.



GEPM 21

Roca - Difusividad térmica, a = Kh/M (pie2/h)


GEPM 22

Roca - Difusividad térmica, a = Kh/M (pie2/h)


GEPM 23

Fuente de calor : Agua Caliente, Vapor, Aire(combustión in-situ)

• Calor específico (vapor y agua), C (BTU/lb°F)


Agua es el líquido con mayor C – capaz de contenery transportar más calor que cualquier otro líquido ala misma temperatura

Agua 1 (BTU/lb°F), Vapor 0.56 (BTU/lb°F) Depende también de los minerales disueltos


GEPM 24


• Entalpía (agua), Hw (BTU/lb)

Calor necesario para aumentar la temperatura dellíquido hasta alcanzar la temperatura de saturacióncorrespondiente a una presión dada

La entalpía depende de la presión, temperatura y C Depende también de los minerales disueltos Se pueden utilizar tablas de vapor o correlaciones


GEPM 25


• Calor latente de vaporización (agua), Hw (BTU/lb)

Cantidad de calor que debe suministrársele a unalibra de un líquido a la temperatura de saturaciónpara pasar al estado vapor

Calor que lleva el vapor, disminuye con la presión Se pueden utilizar tablas de vapor o correlaciones

GEPM 26

GEPM 27


GEPM 28


• Calor total o entalpia del vapor seco y saturado

Suma del calor sensible del agua saturada y delcalor latente de vaporización del agua

GEPM 29


GEPM 30


• Calidad del vapor y vapor húmedo

La mezcla de vapor y agua coexistentes a latemperatura de saturación se denomina vaporhúmedo

El vapor seco tiene una calidad de 100% y el aguasaturada se puede considerar como vapor húmedocon calidad igual a 0%


GEPM 31


La entalpía o contenido de calor de vapor húmedodepende fuertemente de la calidad, especialmentea bajas presiones, donde la entalpía del aguasaturada es baja.


GEPM 32


Normalmente, el vapor que se utiliza en losprocesos de inyección de vapor es húmedo, ya quepuede transportar más calor que el agua caliente yademás es capaz de mantener en solución lasimpurezas sólidas que de otra manera sedepositarían en las calderas o en cualquier otroequipo del sistema de generación de vapor,reduciendo así su eficiencia y vida útil.

Calidad del vapor entre 80-90% es la más utlizada

Métodos Térmicos:Inyección de Vapor

• Proceso mediante el cual se proporciona calor alyacimiento mediante la inyección de vapor

• Se prefiere inyectar vapor a diferencia de fluidos(agua) o gases calientes ya que conserva mejor suscaracterísticas termodinámicas (capacidad calorífica)

• La finalidad es calentar el aceite pesado(generalmente viscoso) para disminuir su viscosidady que pueda fluir mas fácilmente, así como aportarcierta cantidad de energía al yacimiento (local).

GEPM 33


• Inyección Continua de Vapor

Proceso por el cual se inyecta vapor de maneracontinua para crear un frente de avance de vapor, elcual calienta el sistema roca-fluidos del yacimiento.

Este calentamiento logra disminuir la viscosidad delaceite en contacto con el frente, así como aportarenergía de desplazamiento.

A medida que el frente avanza, este va calentando cadavez mas el aceite, hasta llegar a un punto en el cual secomienza a producir el agua asociada al vapor.

GEPM 34


GEPM 35


GEPM 36

• Inyección Continua de Vapor – Parámetros que influyen enla efectividad del método

Yacimiento• Capacidad calorífica y conductiva de la roca• Viscosidad del aceite• Profundidad• Permeabilidad• Presión• EspesorVapor• Calidad del vapor• Gasto y presión de inyección


GEPM 37

Inyección Continua de Vapor – Variables adicionalesque influyen en la aplicación

• Fuente para generar el vapor

• Disponibilidad y calidad del agua

• Instalaciones

• Precio del hidrocarburo


• Inyección Cíclica de Vapor

Proceso por el cual se inyecta vapor y se produce aceitepor el mismo pozo de manera alternada.

Por lo general se inyecta por un periodo de una a tressemanas, se deja en “remojo” (soak) por unos días yluego se abre el pozo para producir el aceite que hamejorado su movilidad.

El proceso se repite tantas veces como sea necesario yhasta que deje de ser económicamente rentable.

GEPM 38


GEPM 39


GEPM 40

• Inyección Cíclica de Vapor – Parámetros que influyen en laefectividad del método

Yacimiento• Capacidad calorífica y conductiva de la roca• Viscosidad del aceite• Profundidad• Permeabilidad• Presión• EspesorVapor• Calidad del vapor• Gasto y presión de inyección• Tiempo de inyección, remojo y producción


GEPM 41




• Instalaciones



• Inyección de Vapor Asistida por Drene Gravitacional (SAGDpor sus siglas en inglés)

Proceso por el cual se inyecta vapor y se aprovecha elmecanismo de drene gravitacional para producir aceite pesado.

El proceso se realiza mediante la perforación de dos pozoshorizontales uno encima del otro, de tal forma que se inyectavapor en el pozo de arriba para que forme una cámara de vapor-calor, la cual calienta el aceite en la vecindad y este se producepor el pozo que se encuentra debajo, utilizando el drenegravitacional como mecanismo de empuje.

La distancia entre pozo inyector y productor por lo general seencuentran entre 5-7 metros de distancia

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• Inyección Cíclica de Vapor – Parámetros que influyen en laefectividad del método

Yacimiento• Capacidad calorífica y conductiva de la roca• Viscosidad del aceite• Profundidad• Permeabilidad• Presión• Espesor• Distancia y comunicación entre inyector y productorVapor• Calidad del vapor• Gasto y presión de inyección


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• Instalaciones


• Complejidad de la perforación de los pozos

Métodos Térmicos:Combustión In-Situ

Proceso por el cual se inyecta aire enriquecido conoxígeno y que por las condiciones de presión ytemperatura en el yacimiento, al contacto con el aceitegenera una combustión in-situ.

Esta combustión genera un frente que va avanzando ymejorando la calidad del frente de aceite debido a laquema de “coque” (cracking) que va dejando atrás elfrente de combustión.

El proceso se mantiene hasta que este, por problemasmecánicos que produce, deja de ser rentable.

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• Combustión In-Situ – Parámetros que influyen en la efectividaddel método

Yacimiento• Viscosidad del aceite• Cambio en composición y propiedades del gas y/o aceite• Profundidad• Permeabilidad• Presión• Espesor• Distancia y comunicación entre inyector y productorAire• Riqueza de la mezcla• Gasto y presión de inyección


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Combustión In-situ – Variables adicionales queinfluyen en la aplicación

• Seguridad industrial

• Instalaciones


Proyectos Métodos Térmicos

GEPM 50

0

10

20

30

40

50

60

70

EE.UU Venezuela Canada Alemania Trinidad Brasil Indonesia Egipto Holanda

Vapor Combustión In-situ Agua Caliente Total

Total en el mundo (2012): 140 Proyectos

Oil and Gas Journals EOR Survey 2012

MÉXICO:- Samaria: Inyección Alterna de Vapor, en curso- Cárdenas: Inyección de aire (combustión in-situ), planeado- Potencial en arenas del terciario terrestres y algunos

carbonatos someros

Proyectos Recuperación Mejorada

GEPM 51

Oil and Gas Journals EOR Surveys 1976-2010

Proyecto Recuperación Mejorada

GEPM 52

Ejemplos

México – Samaria Terciario• Arenas no consolidadas bastante

complejas por su distribucióndiscontinua (ambientes fluvial ydeltáico)

• Profundidades: 500-3500 m• Porosidad: 29%• Permeabilidad: 400-1200 mD• Espesor neto: 18 m• Presión inicial: 170 Kg/cm2• Temperatura inicial: 47-100° C .• Viscosidad: 200-72500 cp @ C.S• Viscosidad: hasta 1000 cp @ C.Y• Etapa explotación: Madura

GEPM 53

Ejemplos

México – Samaria Terciario: Ubicación

GEPM 54

Ejemplos

México – Samaria Terciario: Configuración estructural

GEPM 55

Fuente: Pemex

Ejemplos

México – Samaria Terciario: Configuración estructural

GEPM 56

Fuente: Pemex

Área Porosidad Saturación

agua Permeabilidad

Espesor neto

Km2 % % md m

Mesozoico 97.3 6.2 13.9 10-250 198.2

Terciario 54.2 29 27 400-1200 18

Total/Promedio 151.5 17.6 20.5 10-1200 108

Ejemplos

México – Samaria Terciario: Estudios Previos

• 2009-2010: Prueba piloto

• 8 pozos

PVT

Núcleos

Diseño de pozos

Terminación

Estrategias de explotación

Ritmos de inyección/producción

Manejo de SAP´s

GEPM 57

Ejemplos

PVT

GEPM 58

Pb: 36 kg/cm2 @ 803 mvbnmBoi : 1.03 m3/m3Rsi : 9.81 m3/m3Bgi : 0.068 m3/m3

Ejemplos

GEPM 59

10

100

1,000

10,000

100,000

35 45 55 65 75 85 95 105

Vis

cosi

dad

(cp

)

Temperatura (°C)

Sam-913H A-1-1 Sam- 936 A-6-5Sam-917H A-6-1Sam-949 A-6-5Sam-922 A-6-1Sam-982 A-6-5Sam-962 A-6-5Sam-915H A-4-2Sam-947 A-1-1 Sam -952 A-6-3

Ejemplos

GEPM 60

Ejemplos

GEPM 61

Ejemplos

GEPM 62

Ejemplos

GEPM 63

Se tienen asignadas las siguientes propiedades térmicas dela roca:

• Conductividad Térmica de la Roca = 35 (BTU / d – ft - °F)

• Capacidad Calorífica de la Roca = 106 (BTU / ft3 - °F)

• La compresibilidad de la roca es 50 x 10-5 psi-1 paraarenas no consolidadas.

Ejemplos

GEPM 64

• Año 2009: prueba piloto de IAV con la perforación, estimulación yevaluación de ocho pozos con una caldera portátil de 25 MMBTU/hora,con resultados excelentes. Esto permitió planear las etapas demasificación e interespaciados. Actualmente se cuenta con un total denueve calderas móviles.

• A la fecha han sido estimulados térmicamente 72 pozos; en 13 de ellosse ha efectuado un segundo ciclo y en 4 pozos un tercer ciclo. Elvolumen total de vapor inyectado acumulado es de 415,779 toneladas.

• Después de la etapa de inyección y el tiempo de remojo, los resultadoshan sido satisfactorios en la mayoría de los pozos, incrementando demanera significativa la producción de 80 bpd hasta 600 bpd. La relaciónpetróleo-vapor (RPV) en barriles de aceite producido entre barriles devapor inyectados en el primer ciclo varía de 1 a 11. No obstante, en losprimeros pozos el Samaria-916 y 948, esta relación resultó superior a 10,lo que implica que produjeron más de 10 barriles por barril de vaporinyectado, valor superior a los obtenidos en otros campos del mundo.

Ejemplos

GEPM 65

Ejemplos

México – Samaria Terciario• Se decidió inyección alterna de vapor (IAV)• 9 generadores, cada generador inyecta 15 pozos por año• SAP – Bombeo neumático (BN) y Bombeo mecánico (BM)• Incremento de 2,000 bpd en 2007, a 32,000 bpd a la fecha• Llegó a tener relaciones petróleo-vapor (RPV) superior a 10

(10 barriles de aceite por barril de vapor inyectado),actualmente para el primer ciclo oscila de 1 a 8

• Se han producido a la fecha 220.5 MBls de aceite frio y 6.9MMBls de aceite caliente, alcanzando una acumulada de 7.2MMBls

• Este tipo de inyección incrementará el Fro en un 24.3%• Se prevé una prueba piloto de SAGD

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Ejemplos

GEPM 67

Ejemplos

México – Samaria Terciario

• Incremento del 15% en el factor de recuperación,que representan 58.5 MMBls en el horizonte 2015-2031

GEPM 68

2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 2031

IAV 12.60 17.30 14.20 11.30 10.10 9.20 10.40 11.60 11.70 9.60 8.30 6.90 4.20 2.90 2.00 0.80 0.00

Prod. Base 22.30 15.60 11.90 10.10 8.80 7.60 4.60 2.40 1.00 0.20 0.10 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

0

5

10

15

20

25

30

35

40

Aceite (mbd)

Fuente: Pemex

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