RECUPERACION MEJORADA DE PETROLEO

PET 450 TEMA 1: RECUPERACION MEJORADA DE PETROLEO

Ing. Jos Pedro Salazar I. 1 de 15

TEMA 1 RECUPERACION MEJORADA DE PETROLEO

INTRODUCCION La explotacin de un yacimiento de petrleo ocurre bsicamente en tres etapas. En estas dos primeras etapas se logra recuperar un promedio aproximado de 25% a 30% del petrleo original in situ, quedando el resto atrapado en los poros de la estructura del reservorio debido a fuerzas viscosas y capilares, adems de la presencia de fracturas naturales o regiones de alta permeabilidad causantes de que el agua inyectada fluya a travs de canales potenciales de menor resistencia y dejando cantidades importantes de crudo atrapado en la formacin. Despus de las recuperaciones primaria y secundaria, el yacimiento contiene todava un estimado de 60-80% del petrleo original in situ. Numerosos mtodos han sido estudiados para la recuperacin, al menos parcial, de estas grandes cantidades de crudo remanente en los pozos. Los elevados precios del crudo en el mercado internacional demandan un mayor aprovechamiento de los recursos disponibles por lo que la recuperacin mejorada se convierte en la principal alternativa a esta demanda mundial.

Fig. 1.1 Produccin mundial de petrleo

CONCEPTOS MODERNOS DE RECUPERACION MEJORADA Despus de la produccin primaria y de la inyeccin de agua, una cierta cantidad de petrleo, denominado petrleo remanente, queda en la roca yacimiento y permanece irrecuperable.



Tericamente en una roca humectada por agua, todo el petrleo puede ser desplazado por la fase mojante (agua) si el gradiente de presin es suficientemente alto. En la prctica, el petrleo desplazado depender de la cantidad de agua que se haya inyectado, de la velocidad y tambin, de la razn de movilidad. La recuperacin mejorada de petrleo se refiere a todos los procesos utilizados para recuperar ms petrleo de un yacimiento del que se lograra por mtodos primarios. En su mayora consisten en inyeccin de gases o qumicos lquidos y/o el uso de energa trmica. Entre los primeros, los ms utilizados son: los hidrocarburos gaseosos, el CO2, el nitrgeno y los gases de combustin. Entre los qumicos lquidos se incluyen polmeros, surfactantes e hidrocarburos solventes y, finalmente los procesos trmicos tpicos se refieren al uso de vapor o agua caliente, o bien, a la generacin in situ de energa trmica mediante la combustin de petrleo en la roca yacimiento. Los fluidos inyectados y los procesos de inyeccin complementan la energa natural presente en el yacimiento para desplazar el petrleo hacia un pozo productor. Los procesos de recuperacin mejorada se han usado como una continuacin de la recuperacin secundaria, por lo que se les ha denominado procesos de recuperacin terciaria. El mayor atractivo de estos mtodos es que en los yacimientos que se estn explotando todava queda ms de la mitad del petrleo original in situ; sin embargo su aplicacin, depende de los precios del petrleo y de las ganancias, debido a que la tecnologa de recuperacin mejorada es muy compleja y costosa con respecto a otros procesos. La utilizacin de estos mtodos se incrementaron debido a la declinacin de las reservas de petrleo. POTENCIAL DE LOS PROCESOS DE RECUPERACION MEJORADA A finales del ao 2000, la produccin mundial de petrleo por procesos de recuperacin mejorada alcanz los 2 millones de barriles diarios, lo cual representa cerca del 3% de la produccin mundial. Los pases con produccin de recuperacin mejorada significativa son:

USA 748.000 BPD Venezuela 370.000 BPD Indonesia 283.000 BPD Canad 233.000 BPD China 165.000 BPD



Alemania, Colombia, Emiratos Arabes Unidos, India, Libia, Francia, Trinidad y Turqua engloban aproximadamente 68.000 BPD. El patrn de participacin es de 55% para los proyectos trmicos, 35% para los de inyeccin de gases y 10% para los qumicos. Entre los mtodos trmicos, la inyeccin de vapor registra el porcentaje mayor de produccin mundial, la mayor aplicacin se da en Indonesia, Venezuela, China y USA. El proyecto de inyeccin de vapor ms grande en el mundo es el del Campo Duri en Indonesia, el cual produce 283.000 BPD. CARACTERISTICAS IDEALES DE UN PROCESO DE RECUPERACION MEJORADA La eficiencia de desplazamiento total de cualquier proceso de recuperacin de petrleo se considera que es igual al producto de las eficiencias microscpicas y macroscpicas de desplazamiento.

= (1) Donde:

r = Factor de recuperacin (petrleo recuperado al comienzo del proceso) ED = Eficiencia de desplazamiento microscpica (fraccin) EV = Eficiencia de desplazamiento macroscpica (fraccin)

La eficiencia microscpica ED, se relaciona con el desplazamiento o movilizacin del petrleo a escala de poros, refleja la magnitud de la saturacin del petrleo residual. Sor, en las regiones contactadas por el fluido desplazante.

= (2) La eficiencia macroscpica EV, denominada tambin eficiencia de barrido volumtrico, se relaciona con la efectividad del fluido desplazante para contactar el yacimiento volumtricamente. Es una medida de la efectividad del fluido desplazante para barrer, areal o verticalmente, el volumen de un yacimiento y para mover el petrleo desplazado hacia los pozos productores. EV, es el producto de las eficiencias de desplazamiento areal y vertical que refleja la magnitud de una saturacin residual promedio, debido a que se basa en el petrleo residual que queda en las zonas barridas y no barridas del yacimiento.



Es deseable en los procesos de recuperacin mejorada que los valores de ED y EV y consecuentemente r, se aproximen a 1. Un proceso de recuperacin mejorada ideal podra ser 1 donde el primer tapn desplazante remueva todo el petrleo de los poros contactados por el fluido (Sor 0), en el cual el fluido desplazante contacte el volumen total del yacimiento y desplace el petrleo hacia los pozos productores. Un segundo tapn de fluido usado para desplazar el primer tapn podra comportarse en una forma similar, desplazando el primer tapn eficientemente, tanto microscpicamente como macroscpicamente. Muchas reacciones entre el fluido desplazante y el petrleo conducen a un desplazamiento eficiente (baja Sor). Las mismas incluyen: miscibilidad entre los fluidos, disminucin de la tensin interfacial entre fluidos, expansin volumtrica del petrleo y la reduccin de la viscosidad del petrleo. INGENIERIA DE RESERVORIO Y GEOLOGIA DE EXPLOTACION EN CONTROL DE RECUPERACION MEJORADA La geologa de los yacimientos y las propiedades de los fluidos determinan cual mtodo se debe usar, aun cuando los conocimientos fundamentales pueden descartarlos. Por otra parte, hay que tener en cuenta la mineraloga y la geologa de la formacin son factores relevantes en la determinacin del xito en el campo. Las propiedades petrofsicas ms importantes de la roca reservorio son la porosidad y la permeabilidad. HETEROGENEIDAD DEL YACIMIENTO Los yacimientos no son uniformes en sus propiedades tales como permeabilidad, porosidad, distribucin poral, humectabilidad, saturacin de agua inicial y las propiedades de los fluidos. Estas variaciones pueden ser tanto areales, como verticales y la produccin del yacimiento, est bien influenciada por estas heterogeneidades. La heterogeneidad de un yacimiento puede ser definida como la variacin de las propiedades del yacimiento en funcin del espacio. Estas propiedades pueden incluir permeabilidad, porosidad, espesor, saturacin, fallas, fracturas, etc. Para una descripcin apropiada de un yacimiento, es necesario predecir la variacin de estas propiedades como funcin de localizaciones espaciales.



La heterogeneidad es el atributo ms difcil de cuantificar, pero es el que tiene mayor efecto sobre un proceso de inyeccin. Todas las propiedades del yacimiento pueden variar tanto areal como verticalmente, pero el cambio en la permeabilidad es el ms drstico. El intercalar estratos permeables e impermeables en determinado intervalo petrolfero afectar su contenido o espesor neto de arena y tendr influencia en las caractersticas y comportamiento del flujo desde el yacimiento hacia el pozo. No existe ninguna correlacin matemtica entre porosidad y permeabilidad. Ambas se obtienen mediante anlisis de ncleos en laboratorio o mediante la interpretacin de registros especficos directos hechos a la columna geolgica del pozo y el clculo de los valores obtenidos. En la prctica, el valor utilizado es un promedio estadstico ponderado representativo de la roca estudiada. La heterogeneidad de una formacin tiene un significante efecto sobre el desplazamiento. El movimiento de los fluidos a travs del reservorio no ser uniforme si existen grandes variaciones en las propiedades tales como: porosidad, permeabilidad y cemento arcilloso. Muchas zonas productivas son variables en permeabilidad, tanto vertical como horizontalmente. Zonas o estratos de mayor o menor permeabilidad a menudo muestran continuidad lateral a travs de un reservorio o solo una porcin. Cuando tal estratificacin de la permeabilidad existe, el fluido desplazante barre ms rpido las zonas ms permeables, de tal manera que el petrleo de las zonas ms permeables ser producido en un periodo de tiempo mucho mayor a altas relaciones agua-petrleo. La heterogeneidad del reservorio es la causa ms frecuente para fracasar los proyectos de recuperacin mejorada. TIPOS DE HETEROGENEIDAD El tipo ms comn de heterogeneidad de yacimiento son las variaciones de permeabilidad vertical y horizontal en la roca reservorio. Adems, algunos reservorios son fracturados por fallas que actan como barreras. Muchas veces el reservorio consta de una serie de canales que comprimen lateralmente, parcial o completamente.



HETEROGENEIDAD VERTICAL

Fig. 1.2

Dos mtodos fueron introducidos durante los aos 40's y 50's para la cuantificacin de la heterogeneidad vertical, en una escala de 0 (homogneo) a 1 (heterogneo).

a) Coeficiente de Lorentz b) Coeficiente de variacin de permeabilidad (V), Dykstra & Parsons

- Coeficiente de Lorenz Schmalz y Rahme introdujeron un parmetro simple que describe el grado de heterogeneidad dentro de una seccin de arena neta petrolfera. El trmino es llamado Coeficiente de Lorenz y vara entre cero, para sistemas completamente homogneos, y uno para sistemas completamente heterogneos.

Figura 1.3 Capacidad de flujo normalizada



Figura 1.4 Correlacin del coeficiente de Lorenz con la variacin de permeabilidad

Esta relacin puede ser expresada matemticamente por las siguientes dos expresiones:

- Coeficiente de Lorenz en trminos de la variacin de permeabilidad: = 0.0116356 + 0.339794 + 1.0664052 0.38524073

- Variacin de la permeabilidad en trminos del coeficiente de Lorenz: = 5.05971 104 + 1.747525 1.4688552 + 0.7010233

Las expresiones anteriores son aplicables entre 0



Existen mtodos de interpolacin y extrapolacin que pueden ser aplicados a valores de una variable regionalizada a diferentes localizaciones. La heterogeneidad del yacimiento tiene probablemente mayor influencia que cualquier otro factor en el desempeo de un proyecto de recuperacin mejorada. Sin embargo es el efecto ms complicado de cuantificar. VARIACIN AREAL DE LA PERMEABILIDAD Los cambios areales en permeabilidad afectan la distribucin de la presin y el barrido areal. De una manera similar, la variacin en permeabilidad dentro de diversas capas afecta el barrido vertical. DETERMINACIN DE LA VARIACIN AREAL DE LA PERMEABILIDAD Los mtodos que se emplean comnmente para detectar y para cuantificar variaciones areales en la permeabilidad son:

Mapeo de datos de ncleos, registros elctricos y resultados de pruebas en pozo. Estudios litolgicos detallados. Pruebas de transientes de presin. Ambiente de depositacin. Comportamiento de la produccin e inyeccin de los pozos. Desempeo del ajuste histrico usando simuladores matemticos. Estudio de fracturas.

EFECTO DE LA VARIACION AREAL La mejor forma de explicar los efectos de las variaciones areales de la permeabilidad en un proceso de inyeccin de agua es determinar su efecto sobre la eficiencia de barrido areal. Para realizar este anlisis existen varias posibilidades:

Modelo de simulacin numrica Modelos Streamtube (canales). Analoga Extrapolacin del desempeo basado en el comportamiento de yacimientos con

caractersticas similares.



VARIACION VERTICAL

Fig. 1.5

Mientras que una capa dada del yacimiento puede tener una semejanza lateral debido a su depositacin en un tiempo geolgico similar, se puede encontrar un yacimiento de diversas capas en la seccin vertical que tienen caractersticas completamente diferentes. EFECTO DE LA VARIACION VERTICAL Se debe utilizar una tcnica de zonificacin para conocer la ubicacin real de los estratos dentro del yacimiento, entre las cuales se tienen:

Divisin en zonas geolgicas (litologa similar). Barreras Naturales (shales). Espesor similar. Capacidad de flujo (kh) similar. Zonificacin estadstica (mtodos geoestadsticos).

EFECTO DEL FLUJO CRUZADO El flujo cruzado entre estratos no est contemplado en los mtodos discutidos previamente ya que tienen la asuncin de que un yacimiento est compuesto de una serie de capas que tienen continuidad horizontal, donde cada capa est comprendida entre el pozo inyector y el pozo productor.



Sin embargo el flujo cruzado entre estratos puede existir en yacimientos con alta continuidad y permeabilidad vertical, para considerar el flujo cruzado se utilizan nicamente los mtodos de simulacin de yacimientos. EFECTO DE LAS HETEROGENEIDADES

CASO HOMOGENEO CASO HETEROGENEO VERTICAL

Fig. 1.6

Todos los yacimientos varan areal y verticalmente en sus propiedades. En los clculos de desplazamiento se debe tomar en cuenta la variacin vertical de la permeabilidad. La permeabilidad tiene una distribucin logartmica a partir de la siguiente relacin:

= 2 10 (4) CLASIFICACION E IMPORTANCIA DE LA RECUPERACION MEJORADA Se estima que para el ao 2020, la recuperacin mejorada de petrleo representar el 50% de la produccin mundial. Existen diferentes mtodos de recuperacin no convencionales, que permiten mejorar la recuperacin por inyeccin de agua. Algunos aplican calor y otros no, lo que se conoce como mtodos trmicos y no trmicos. De estos mtodos, los trmicos son utilizados con preferencia para los crudos pesados, mientras que los no trmicos para crudos livianos, aunque algunos pueden ser aplicables a crudos pesados, pero han tenido poco xito en las aplicaciones de campo. Se han propuesto mtodos de recuperacin mejorada que son combinaciones de otros, como por ejemplo la inyeccin alcalina con surfactantes y polmeros.



En laboratorio se han probado muchas combinaciones de vapor con qumicos y solventes.

Fig. 1.7 Mtodos no trmicos de Recuperacin Mejorada

Fig. 1.8 Mtodos trmicos de Recuperacin Mejorada



Fig. 1.9 Tecnologas de Recuperacin Mejorada ms utilizadas

RAZONES PARA LAS FALLAS EN LA RECUPERACION MEJORADA



RESULTADOS Y TENDENCIAS DE LA RECUPERACION MEJORADA EN EL MUNDO A partir de los diferentes datos estadsticos de procesos exitosos proporcionados por los autores de la bibliografa de consulta se puede resumir un conjunto de grficos que muestran los resultados y las tendencias del comportamiento de la Recuperacin Mejorada en los diferentes pases donde es aplicada esta tcnica de produccin de crudos pesados y extrapesados.

Fig. 1.10 Recuperacin incremental producto de los mtodos EOR

Fig. 1.11 EOR vs. Profundidad



Fig. 1.12 EOR vs. Viscosidad

Fig. 1.13 EOR vs. Permeabilidad



Fig. 1.14 Comparacin de las tcnicas EOR

Fig. 1.15 Produccin mundial y produccin EOR (Billones bbl)

Fig. 1.16 Porcentaje de la produccin EOR por pases en 2009 ( 1.1 Billon bbl)

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