Teoría Recuperación Mejorada-Térmica y Simulación

CAPTULO II: MARCO TERICO

2.- MARCO TERICO. 2.1.- RECUPERACIN MEJORADA DE CRUDOS. Se define todos los procesos que incrementen econmicamente el recobro de hidrocarburos, mediante la inyeccin de fluidos y/o energa al yacimiento [1].Flujo natural Levantamiento artificial Estimulacin, Acidificacin Espumas y Geles

Figura # 2.: Recuperacin Primaria, Secundaria y Terciaria [1]

Un criterio bsico de seleccin es la comparacin de las propiedades bsicas de los yacimientos donde se han llevado a cabo los proyectos de recuperacin mejorada en el mbito internacional, permitiendo comparar sus caractersticas y propiedades con los potenciales candidatos del pas [1].

Factibilidad del Uso de Mtodos de Recuperacin Mejorada para Yacimientos Carbonticos Fracturados en el Campo Mara Oeste

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2.2.- PRINCIPIOS QUE GOBIERNAN LAS INTERACCIONES FLUIDO-ROCA. Tensin interfacial (interfase fluido - fluido). Mojabilidad (interaccin roca - fluido). Presin capilar (medida de la curva de dos fases en el medio poroso). 2.3.- RECUPERACIN TRMICA. 2.3.1.- DEFINICIN. La recuperacin trmica de petrleo mejorada (thermal EOR)1, se puede definir como un proceso en el cual se introduce calor intencionalmente en el yacimiento, con el propsito de mejorar el recobro de petrleo. El calor puede ser introducido en el yacimiento por un fluido que tenga una temperatura mayor a la del yacimiento (inyeccin de vapor), por combustin en sitio, o por medio de corriente (electromagnetismo.) [2]. Los mtodos trmicos de recuperacin mejorada, particularmente la inyeccin cclica y la inyeccin continua de vapor, han demostrado ser los procesos ms eficientes para la recuperacin de crudos pesados y extra-pesados (P/XP) en los ltimos aos. Sin embargo, este tipo de mtodos de recobro tambin han generado incrementos de recobro importantes en yacimientos de crudos livianos y medianos (L/M) [2]. 2.3.2.- OBJETIVOS DE LOS MTODOS TRMICOS [2]. En el caso de petrleos viscosos (5 20 API), se utiliza calor para mejorar la eficiencia de desplazamiento y de la extraccin. La reduccin de la viscosidad del petrleo que acompaa al incremento de temperatura, permite no slo que el

1

Thermal Enchanced Oil Recovery 9



petrleo fluya ms fcilmente sino que tambin resulta en una relacin de movilidad ms favorable. Los procesos trmicos reducen la saturacin residual de petrleo en las zonas calentadas, mejorando la eficiencia areal de barrido. Las altas temperaturas generadas originan en el yacimiento procesos de destilacin y craqueo del crudo contenido en sitio. Las altas temperaturas generadas reducen o minimizan la tensin superficial y las fuerzas capilares. 2.3.4.- ANTECEDENTES HISTRICOS. En el ao 1865 se usaron calentadores de fondo para reducir la viscosidad con el fin de aumentar la tasa de produccin de crudos pesados, mantener el crudo a una temperatura mayor al punto de fluidez y remover/inhibir la formacin y deposicin de slidos orgnicos [2]. En el ao 1917, combustin en sitio en yacimientos de petrleo; probablemente ocurrieron durante la inyeccin de aire para mejorar la extraccin del crudo. A pesar de existir generacin de calor en estos casos, no constituyen ejemplos de procesos trmicos de recuperacin como tal, ya que no hubo un intento aparente para generar y usar calor en el yacimiento [2]. En el ao 1920 Wolcott y Howard consideraron algunos elementos claves de los procesos de combustin en sitio, incluyendo inyeccin de aire para quemar parte del crudo para generar calor y reducir su viscosidad y proporcionarle adems una fuerza de desplazamiento. Al respecto se les reconocen sendas patentes em 1923 [2]. En el ao 1933 se hizo la primera publicacin sobre una operacin de campo del proceso de combustin subterrnea en gran escala en vetas de carbn, hecha en la URSS [2].Factibilidad del Uso de Mtodos de Recuperacin Mejorada para Yacimientos Carbonticos Fracturados en el Campo Mara Oeste

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En el ao 1934 se hizo el primer intento de aplicacin a yacimientos petrolferos una combustin en sitio en la URSS. Luego del intento inicial, la utilizacin del proceso no prosper sino hasta una dcada despus [2]. En el ao 1942 E.W. Hartman promovi en EE.UU. las primeras aplicaciones de campo documentadas del proceso de combustin, al N de Bartlesville, Oklahoma. Durante los dos aos siguientes se efectu la segunda prueba en el Distrito Ardmore [2]. En la dcada de los 50 fue aplicado en Venezuela este mtodo para recobrar bitumen en arena, los cuales no pudieron ser producidos por mecanismos de produccin primaria [5]. Entre los aos 1953 y 1954 se desarroll la combustin en sitio tal cual es conocida hoy en los EE.UU. a partir de las investigaciones de laboratorio de Kuhn y Koch publicadas en 1953, y las de Grant y Sasz en 1954. Ellos visualizaron que el calor dejado atrs en la zona quemada sera llevado corriente abajo por el aire inyectado a temperatura ambiente [2]. Actualmente se reconocen tres formas principales de los procesos de combustin: La combustin progresiva seca o convencional, la combustin en reverso y la combustin progresiva hmeda[2]. Entre 1965 y 1970 varios investigadores evaluaron el calentamiento elctrico usando 60Hz Ohmica y sistemas de calentamiento dielctrico cerca del borde de pozos [3]. La primera prueba en el mundo reportada para estudiar el calentamiento elctrico fue en Litltle Tom, Texas, en julio de 1969 [6]. En Bakerfield, California, se realiz una prueba en el ao 1970 [6].


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Entre 1970 y 1980 Arco y PetroCanad,

individualmente, hicieron pruebas de

sistemas de calentamiento elctrico. El Departamento de Energa de los EE.UU. y el IIT Research Institute realizaron pruebas con xito de calentamiento de radiofrecuencia para yacimientos de petrleo al oeste de USA [3]. En 1983 UENTECH (anteriormente ORS, EOR) y el IIT Research Institute, firmaron un contrato para comercializar las tcnicas de calentamiento cerca del borde del pozo [3]. En 1983 UENTECH con varias compaas operadoras condujeron numerosas pruebas pilotos. Nuevos equipos y tcnicas fueron desarrollados [3]. 2.3.5.- NECESIDAD DE LOS PROCESOS TRMICOS. Considrense dos yacimientos completamente idnticos, excepto por la viscosidad del crudo. El desplazamiento lineal de petrleo mediante un volumen especfico de agua, resultar en una mayor saturacin de petrleo en la zona barrida por el agua para el crudo de ms alta viscosidad. (ver figura #2.2).

1.0

Swr

Posicin del frente de desplazamiento agua/petrleo para un crudo de baja viscosidad

Sw PETROLEO AGUAPosicin del frente de desplazamiento para un crudo de alta viscosidad

0

SwiDISTANCIA DESDE LA ENTRADA Figura # 2.2: Efecto cualitativo de la viscosidad del crudo sobre la distribucin de la saturacin de petrleo [2]


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Cuando la viscosidad del crudo es suficientemente baja, la saturacin del petrleo corriente arriba del frente de desplazamiento es esencialmente irreducible, originando el conocido desplazamiento tipo pistn. Ntese que la saturacin de petrleo decrece a travs del frente de desplazamiento por una cantidad igual a 1- Sor-Swi. Tratndose de un crudo de alta viscosidad, el descenso de la saturacin de petrleo en el frente de desplazamiento es mucho menor y una cantidad sustancial del crudo movible es rebasado por el borde del frente de desplazamiento. El agua simplemente se mueve ms rpidamente que el crudo, dejando atrs cierta cantidad de crudo movible. Esto significa que para los crudos ms viscosos, considerando la misma tasa de inyeccin de agua e igual volumen inyectado, el agua irrumpir primero en el pozo productor, se manejar ms agua en un tiempo mas temprano en la vida del proyecto, y se producir menos petrleo. Se continuar produciendo petrleo luego de la irrupcin del agua, pero el porcentaje promedio de petrleo ser mucho menor. Para los crudos de alta viscosidad, se requiere una inyeccin de agua equivalente a varios volmenes de la formacin porosa para reducir el petrleo remanente a una cantidad cercana a la irreductible. No solamente es pobre la eficiencia de desplazamiento, sino que la eficiencia volumtrica del barrido disminuye en la medida en que aumenta la viscosidad del crudo. Qu puede hacerse para mejorar la recuperacin de crudos viscosos de los yacimientos? Los parmetros adimensionales que afectan la tasa de flujo del crudo son: Razn entre fuerzas de gravedad y fuerzas de presin aplicada:Factibilidad del Uso de Mtodos de Recuperacin Mejorada para Yacimientos Carbonticos Fracturados en el Campo Mara Oeste

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L g Cos ( ) PEcuacin 2.1

En esta relacin la nica propiedad potencialmente controlable del crudo es la diferencia de densidad entre el crudo y el fluido desplazante ( ). Pero la densidad del crudo no cambia significativamente durante el curso de cualquier proceso de recuperacin. Razn entre fuerzas de presin capilar y fuerzas de presin aplicadas: Cos (c )k PEcuacin 2.2

En esta relacin el factor *cos( c) se puede variar. Como las fuerzas capilares tienden a mantener el crudo en la trampa de poros, seria deseable lograr que la tensin interfasial sea esencialmente cero. Esto conlleva la idea de permitir que el crudo sea disuelto o emulsificado en la fase acuosa. Estos procesos de disolucin y emulsificacin constituyen lo que se conoce como inyeccin de qumicos, materia objeto de activa investigacin y desarrollo en las dos ltimas dcadas, centrndose dicha investigacin en los crudos de baja viscosidad. Sin embargo, los mritos tcnicos y econmicos de tales procesos todava deben probarse mediante proyectos a escala comercial. Razn entre fuerzas aplicadas y fuerzas de viscosidad:K P

L QEcuacin 2.3

En esta relacin la nica propiedad manejable del crudo es la viscosidad y si todo se mantiene igual, el flujo de crudo (Q) aumenta a medida que la viscosidad ( .) disminuye.Factibilidad del Uso de Mtodos de Recuperacin Mejorada para Yacimientos Carbonticos Fracturados en el Campo Mara Oeste

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Existen dos formas fsicas bsicas para reducir la viscosidad del crudo: Mezclar el crudo con un solvente de baja viscosidad. Se ha intentado el uso de solventes como fluidos desplazantes, sin embargo el uso de ellos debe ser probado comercialmente con respecto a otros procesos. Aumento de la temperatura del crudo con calor (el cual, reduce adems las fuerzas capilares). Hasta ahora los procesos trmicos han sido los nicos medios prcticos para mejorar el funcionamiento de la extraccin de crudos viscosos de los yacimientos petrolferos. La utilizacin del calor en los pozos para disminuir la viscosidad del crudo y aumentar las tasas de produccin ha sido aceptado como una va plausible durante varias dcadas. Debido a su xito, relativa simplicidad y bajo costo, el uso del calor para mejorar la extraccin de petrleo ha ganado amplia aceptacin en la industria petrolera [2]. 2.3.6.- IMPORTANCIA DE LOS PROCESOS TRMICOS. Un ejemplo de cmo los procesos trmicos de extraccin de crudo pueden incrementar marcadamente la tasa de produccin se muestra en la figura #2.3, la cual presenta datos de California desde 1964 hasta 1985. Mucho del petrleo producido trmicamente en California est entre 10 y 20 API. La produccin trmica total en 1984 fue de 432.300 BPD, la cual corresponde al 38% de la poblacin total del estado de California. De los 605.000 BPD obtenidos en EE.UU. a principios de 1986 por mtodos de extraccin mejorada, un 79% ( 480.000 BPD) se produjo por mtodos trmicos. Este porcentaje se ha mantenido alrededor del 79% durante esta dcada. En Venezuela se ha producido ms de 150.000 BPD por inyeccin de vapor por varios aos consecutivos; y en Canad hay numerosos proyectos de extraccin trmica, aunque las tasas de produccin no sean muy altas. La direccin natural histrica de aplicacin de los procesos trmicos es hacia los crudos viscosos, ya que no hay ningn otro mtodo prctico eficiente en su caso. Sin


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embargo, los mtodos trmicos de extraccin, usualmente se pueden aplicar a cualquier tipo de crudo. No obstante, ellos deben ser de aplicacin tcnica factible en el yacimiento escogido y ser competitivamente econmicos con respecto a mtodos alternos, en especial en el caso de crudos de baja viscosidad.500 40 30

400 300

Porcentaje de la Produccin Total del Estado

200

20 10 0 1985Produccin Adicional en California

100 0 1965 1970 1975 1980

Figura # 2.3: Produccin adicional en California [2]

Adems de los crudo viscosos, el carbn y las lutitas petrolferas son los prospectos ms indicados para la aplicacin de estos procesos. Existen grandes depsitos de crudos viscosos, bitumen, carbn y lutitas petrolferas en el mundo. En EE.UU. hay una concentracin de crudos pesados en California, donde ya se ha sentido el impacto de los mtodos trmicos. Gigantescos yacimientos de crudo pesado existen en Canad y Venezuela. En la parte occidental de EE.UU. hay extensas reas de lutitas petrolferas y carbn [2]. 2.3.7.- CLASIFICACIN DE LOS PROCESOS TRMICOS DE RECOBRO [2]. Segn el origen o fuente generadora del calor con relacin al yacimiento se tienen dos tipos: 1. Inyeccin de fluidos caliente en la formacin.16



2. Generacin de calor en el propio yacimiento (procesos in-situ). Segn la funcin que cumplan se tienen dos tipos: 1. Desplazamientos trmicos: En estos procesos, el fluido se inyecta continuamente en un nmero de pozos inyectores para desplazar el petrleo y obtener produccin en otros pozos. 2. Tratamientos de estimulacin: En estos procesos solamente se calienta la parte del yacimiento cercana a los pozos productores o en el pozo mismo; y las fuerzas impelentes en el yacimiento (gravedad, gas en solucin, empuje por agua) afectan las tasas mejoradas de extraccin una vez que se reduce la resistencia al flujo. Segn el sitio de aplicacin del proceso se tienen tres tipos: 1. Aplicables a la formacin: Fuente externa de calor:

a) Inyeccin de agua caliente o de vapor: continua o alternada. b) Explosiones nucleares. c) Inyeccin de electricidad. Fuente interna de calor:

a) Combustin en el yacimiento: convencional o progresiva (seca o hmeda) y en reverso. b) Calor geotrmico. 2. Aplicables en la vecindad del hoyo del pozo:17



Fuente externa de calor:

a) Inyeccin de agua caliente o vapor. b) Inyeccin de aceite caliente. c) Inyeccin de gases calientes. d) Calentadores en el fondo del pozo. Fuente interna de calor:

a) Combustin directa limitada. 3. Aplicables en el hoyo del pozo: a) Vapor para remover slidos orgnicos o de otros tipos de los orificios en el revestidor, el forro ranurado o de malla de alambre. b) Acidificacin. Entre algunas de las consideraciones que se debe tomar en cuenta para implementar este tipo de procesos, se pueden destacar los siguientes factores: Geologa y heterogeneidades del yacimiento (Barreras lutticas, densidad de fracturas, estratificaciones de la permeabilidad). Energa de empuje del yacimiento. Composicin mineralgica y propiedades qumicas del crudo de la formacin. Presin del yacimiento y saturacin de crudo.


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2.4.- INYECCIN DE VAPOR. 2.4.1.- INYECCIN ALTERNA DE VAPOR. La IAV2 es uno de los mtodos de inyeccin de vapor ms usados en la actualidad en los yacimientos contentivos de petrleo pesado y extra pesado. Esta popularidad viene de su fcil aplicacin, una baja inversin inicial y el retorno rpido aumento de la produccin notable [4]. Este mtodo consta de tres perodos, es decir, el perodo de inyeccin, el perodo de remojo y el perodo de la produccin. Durante el perodo de inyeccin (1 a 3 semanas aproximadamente), el pozo es inyectado con la ms alta tasa que sea posible (de manera de reducir las prdidas de calor) durante un tiempo determinado. Una vez que se ha inyectado el volumen de vapor deseado se procede al perodo de remojo (3 a 5 das aproximadamente), cerrando el pozo. Esto es con el fin de que se caliente la matriz y los fluidos presentes de la manera ms uniforme posible (ver figura #2.4). del presupuesto. Los resultados del tratamiento de la IAV se evidencian en slo pocas semanas, con un

Petrleo viscoso Zona calentada Vapor condens . Vapor Flujo de petrleo y vapor condens

Figura # 2.4: Proceso de la IAV [1]2

Inyeccin Alterna de Vapor 19



Entre el perodo de inyeccin y el perodo de remojo, ocurre una significativa reduccin de la viscosidad del petrleo original y quizs unos centipoise en la zona de vapor. El petrleo y el agua sufren un proceso de expansin trmica y debido a la presurizacin de la arena, si existiere gas libre, ste se disolvera. Inmediatamente antes de colocar el pozo en produccin, la arena calentada por el vapor contiene alta movilidad de petrleo, vapor y agua. Como la presin de interfase de la arena se disminuye debido a la produccin fluida, varias fuerzas actan para que los fluidos sean expulsados hacia el pozo. Si la presin del yacimiento es alta, la tasa de flujo ser ms alta que la tasa de flujo original (petrleo fro), as como el aumento de la movilidad del petrleo. Cuando el pozo se abre a produccin, ste por lo general fluye de manera natural. Generalmente hay primero un alto corte de agua, el cual cae para dar paso al crudo. Debido a la cada de presin que esto causa, crudo fro del yacimiento pasa por la roca caliente. El intercambio de calor calienta el crudo y enfra la roca por lo que, junto con la cada de presin, hace que las tasas declinen (4 a 6 meses) [4] (ver figura #2.5).Produccin de Petrleo (BPD) Tasa de produccin Tasa de produccin pico Inyeccin de vapor Remojo

Meses

Figura # 2.5: Esquema tpico del la IAV [4]


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Este ciclo se repite, por lo general, con una disminucin de la tasa de produccin, hasta alcanzar el lmite econmico. La movilidad del crudo es baja, lo cual afecta las economas de la recuperacin de estos crudos. Por otro lado, el desplazamiento de estos crudos con agua es ineficiente (Mw >> Mo) y, a alta presin, ICV no se puede realizar pues el vapor se condensa. Se requiere, por tanto, de mecanismos que permitan reducir o. Usualmente se emplea en yacimientos de petrleo pesado que contienen crudos cuyas viscosidades son un factor limitante para alcanzar tasas de produccin natural a niveles comerciales. El proceso es de fcil implementacin que requiere de bajas inversiones y con rpidas tasas de retorno. El mismo consta de tres fases: inyeccin, remojo y produccin, siendo los parmetros de diseo caractersticos para cada yacimiento o pozo. La IAV ayuda al agotamiento natural. Por tanto, el yacimiento debe tener energa natural [7]. En general, debe existir inicialmente en el yacimiento una fuerza desplazante para que la IAV tenga xito. En otras palabras, no es suficiente reducir la resistencia al flujo en el yacimiento. El drenaje por gravedad y el empuje por gas disuelto son a menudo muy importantes para suministrar fuerzas desplazantes durante la fase de produccin. Y durante el remojo y la produccin, la condensacin del vapor tiende a reducir la presin tanto en el pozo como en sus alrededores, promoviendo as el flujo. 2.4.2.- INYECCIN CONTINUA DE VAPOR. La ICV3 es una tcnica que usa dos pozos por separados, uno inyector y uno productor para mejorar la produccin de petrleo que se producir finalmente. El calor del vapor inyectado reduce la viscosidad del petrleo. Los fluidos inyectados calientan al petrleo desde el pozo inyector al pozo productor [2] (ver figura #2.6).3

Inyeccin Continua de Vapor 21



El movimiento de vapor a travs del yacimiento entre el inyector y productor, crea varias regiones de diferentes temperaturas y saturaciones de fluido. Las regiones son la zona de vapor (A), la zona de condensado caliente (B,C), la zona de condensado fro (D), y la zona de flujo del yacimiento (E). La zona de condensado caliente puede subdividirse en un banco solvente (B) y un banco de agua caliente (C). Las divisiones entre las zonas proporcionan una manera til de describir los varios procesos que ocurren durante un ICV.Separacin y alm acenam iento de los fluidos de produccin (petrleo, gas, agua) Generador de vapor Pozo de Inyeccin

Pozo de produccin

Zona de vapor y agua condensada Agua

Zona de C02 y Zona de agua aguacaliente

Zona de petrleo calentado

Zona de petrleo y agua con temperaturas cercanas a las originales del yacimientoJun 1984

Tomado de ENHANCED OIL RECOVERY-NATIONAL PETROLEUM COUNCIL/

Figura # 2.6 Proceso de la ICV [1]

Un perfil de temperatura tpico para un ICV (ver figura #2.7) muestra la transicin gradual de la temperatura de vapor desde el pozo inyector hasta la temperatura del yacimiento en el pozo productor. Cuando el vapor entra en el yacimiento, forma una zona de vapor-saturada alrededor del pozo. Delante de la zona vapor-saturada (A), el vapor se condensa en agua cuando pierde calor hacia la formacin y forma condensados calientes, los cuales se dividen en las zonas (B, C). Empujados por la inyeccin continua de vapor, los condensados calientes llevan calor delante del frente hacia las regiones ms frescas ms all del inyector [5]. En el futuro, el condensado pierde su calor a la formacin, y su temperatura se reduce a la temperatura inicial del yacimiento.22



Porque los mecanismos de desplazamiento de petrleo son diferentes en cada zona, la saturacin de petrleo vara entre el inyector y productor (ver figura #2.8). Los mecanismos activos y de la saturacin dependen principalmente de las propiedades trmicas del petrleo.

400

Tv

En la zona de vapor (A), la saturacin del petrleo alcanza su valor ms bajo porque el mismo est sujeto a la temperatura ms alta. La saturacin residual real lograda es independiente de la saturacin inicial; sta depende de la temperatura y la composicin del petrleo. El petrleo se mueve de la zona de vapor a la zona de condensado caliente (B, C) por destilacin de vapor (a la temperatura de vapor), creando un banco solvente (B) de destilados ligeros en el extremo, simplemente delante del frente de vapor. Tambin se despoja gas del petrleo en esta regin [5]. En la zona de condensado caliente, el banco solvente (B) generado por la zona de vapor extrae petrleo adicional de la formacin, formando una fase miscible de petrleo. Las temperaturas altas en esta zona reducen la viscosidad del petrleo y extienden el mismo para producir saturaciones ms bajas que aqullas encontradas con una inyeccin de agua convencional.23


Te mp era tur a F

200

A0

B

C

D

E

Ty

Del pozo inyector al pozo productor

Figura # 2.7: Perfil tpico de temperatura


El petrleo movible es empujado por los frentes de vapor (A) y agua caliente (C). Cuando el vapor inyectado se ha condensado y se ha enfriado a la temperatura del yacimiento (en la zona de condensado fro), se forma un banco de petrleo (D). As, la saturacin de petrleo en esta zona es realmente ms alta que la saturacin de petrleo inicial.

80

El desplazamiento aqu es representativo de una inyeccin de agua. Finalmente, en el yacimiento la zona (E), la temperatura y la saturacin se acercan a las condiciones iniciales. En general este mtodo consiste en inyectar vapor en forma continua a travs de algunos pozos y producir el petrleo por otros, tal como en la inyeccin convencional de agua. En la ICV se usan distintos pozos para inyectar y producir de manera tal que se aumentan la tasa de produccin y la cantidad de petrleo que se recupera de cada pozo.


Satur acin de Petrl eo (%)

Sor40

Soi

A0

B

C

D

E

Del pozo inyector al pozo productor

Figura # 2.8: Perfil tpico de saturacin de petrleo

24


El calor del vapor inyectado reduce la viscosidad del petrleo a medida que el fluido inyectado empuja el petrleo del inyector al productor. Inyector y productor completados en la seccin inferior del yacimiento. El inyector se completa en la parte inferior, pues el vapor se segrega hacia la parte superior del intervalo. El productor se completa en la parte inferior para reducir la produccin de vapor. Algunas veces se fractura el yacimiento con vapor, pero las fracturas no deben alcanzar al productor. Es un proceso de desplazamiento que puede ser empleado tanto en yacimientos de crudos P/XP como en yacimientos de crudos L/M. Estos tipos de proyectos resultan ms complejos y requieren mayores inversiones que los de inyeccin cclica de vapor, pero son ms eficientes desde el punto de vista de recuperacin ltima. Generalmente, antes de comenzar un proyecto de inyeccin continua de vapor, se han utilizado previamente inyecciones cclicas o alternadas de vapor. Sin embargo, se reconoce que la ICV es menos eficiente que la inyeccin cclica de vapor, de all que sean menos frecuentes que los procesos de estimulacin [5]. 2.5.- CALENTAMIENTO ELECTROMAGNTICO. El calentamiento electromagntico es un proceso de recuperacin mejorada, el cual ofrece un gran nmero de ventajas. Dado un yacimiento, el calor puede llevarse a la zona de inters, las condiciones que hacen que el calor elctrico sea viable son a menudo diferentes a las que se requerira para proyectos con qumicos, gases, vapor o combustin. El calentamiento elctrico puede: 1) Remover el dao causado por la deposicin de parafinas cercanas al borde del pozo o por la viscosidad del crudo, 2) Remover hidratos y 3) Aplicarse a crudos viscosos con baja movilidad a condiciones del yacimiento. Las desventajas son principalmente el aspecto econmico como:Factibilidad del Uso de Mtodos de Recuperacin Mejorada para Yacimientos Carbonticos Fracturados en el Campo Mara Oeste

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completaciones ms costosas, los costos de operacin ms altos y ms espaciamiento entre los pozos [12]. Las herramientas de calentamiento electromagnticos pueden ser divididas en tres diferentes categoras, basadas en la frecuencia ampliamente de la corriente

elctrica usada por la herramienta; estas son: (1) Calentadores elctricos de baja frecuencia que usan corriente Resistiva u Ohmica, (2) Calentadores elctricos de alta frecuencia (calentadores dielctricos) que usan corriente de Radiofrecuencia / Microondas, y (3) Las herramientas de la Induccin que tienen la habilidad de usar una gama amplia de corrientes de baja a media frecuencia, dependiendo de los requisitos de calor y temperatura deseados [3]. Las herramientas de corriente elctrica resistiva penetran ms profundamente en el yacimiento que las herramientas de alta frecuencia a ms alta con herramientas de alta frecuencia. El agua en sitio proporciona la conduccin inica con los sistemas de calentamiento resistivos, permitiendo el uso de bajas frecuencias, siendo as menos costoso el suministro de energa. Las herramientas de induccin, por otro lado, alternando el flujo de corriente a travs de un juego de conductores inducen un campo magntico en el medio circundante que inducen corrientes de remanso y prdidas de hysteresis, en el casing o liner. La variacin del campo magntico, a su vez, induce corrientes secundarias, las cuales circulan en el medio generando calor en las zonas del borde del pozo en el yacimiento. Estas herramientas son muy eficientes. Para yacimientos de petrleo pesado en sitio, las aplicaciones de calentamiento con herramientas de corrientes resistivas e inductivas han sido herramientas de alta frecuencia [3]. En el rango de alta frecuencia (radio frecuencia y microondas), el calentamiento ms ampliamente usadas que las temperaturas por debajo del punto de vaporizacin del agua, aunque la temperatura de la zona afectada puede ser

dielctrico prevalece, y los dipolos formados por las molculas tienden a encuadrarse


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con el campo elctrico. La alternacin de este campo induce un movimiento rotatorio delante de los dipolos, con una velocidad proporcional a la frecuencia de alternacin. El movimiento molecular puede resultar en calefaccin significante, como se ve en hornos de microondas [3]. 2.5.1.- CALENTAMIENTO ELCTRICO RESISTIVO (CER4). El calentamiento elctrico resistivo debe su nombre al principal mecanismo de generacin de calor presente, el cual est representado por la Ley de Ohm, donde la energa en segundos viene dada por el cuadrado de la corriente elctrica multiplicado por la resistividad del medio (I2*R). El efecto de Joules es el mecanismo predominante en corriente directa (cd) o en corrientes alternas de baja frecuencia [6]. En este mtodo la corriente de baja frecuencia (usando el mecanismo de conduccin inico) se hace viajar a travs de la presencia de agua intersticial en el sistema de matriz del yacimiento. La energa elctrica se convierte en energa de calor a travs de las prdidas asociadas en la formacin. El efecto global de la generacin de calor, es reducir la presin cerca del borde del pozo disminuyendo la viscosidad del petrleo y mejorando la movilidad del mismo [3]. En una configuracin simple, dos pozos productores de petrleo vecinos, actan uno como nodo y otro como ctodo. Una diferencia de potencial es aplicada por los dos electrodos y el conductor elctrico a travs de la formacin es proporcionado por el agua de la formacin, formando as un circuito elctrico [3]. Para mantener el circuito elctrico deben tomarse en cuenta la temperatura de ebullicin del agua, para as no sobrepasar la presin de la formacin [3].

4

Calentamiento Elctrico Resistivo 27


Figura # 2.9: Configuracin simple de un sistema de calentamiento resistivo


2.5.1.2.RESISTIVO [3]:

COMPONENTES

PRINCIPALES

DEL

CALENTAMIENTO

1. Ensamblaje de electrodos, consta en segmentos de casing y juntas de aislamiento, se predisean, usando los estudios de optimizacin de tasas de flujo, basndose en las caractersticas del yacimiento. 2. Unidad generadora de energa, que proporciona los medios para modificar la lnea, (generalmente 480 V, 50/60 Hz), generando energa para que llegue al yacimiento. Un rango de frecuencias producido puede estimarse para perfeccionar el consumo de energa y la eficiencia de la entrega. Usualmente la unidad generadora de energa est disponible en mdulos de 100KW y puede conectarse en paralelo o serie, para cumplir con un requisito de carga conveniente para una aplicacin en particular. 3. El sistema de entrega de energa, consiste en una tubera, cable o una combinacin de ambos. Este sistema esencialmente proporciona el medio para llevar la energa de una manera eficaz y segura. 4. El sistema de tierra, se disea para regular el flujo de energa en el yacimiento.


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5. El Sistema de monitoreo y grabacin, provee el hardware y software, necesarios para controlar y monitorear de manera manual o automtica, la energa y temperaturas a travs de sondas montadas en los sistemas. El recorrido que ocurre desde la unidad generadora de energa a travs del sistema de entrega, hasta el ensamblaje de electrodo y a travs de la matriz del yacimiento, regresa a la unidad generadora de energa por el sistema de tierra. Otras posibles configuraciones para este tipo de calentamiento son: pozo simple, donde la potencia elctrica se transmite y retorna por un solo pozo a travs de las formaciones o del revestidor [6] (ver figura #2.10).

Salida de petrleo Revestidor de cero Tubera de cero Revestidor de fibra de vivrio Tubera de fibra de vidrio Electrodo

Bloque terminal del cable de potencia

Zona fra Zona calentada

Figura # 2.10: Sistema de calentamiento resistivo para un pozo vertical [3]

La Uentech International Corp. y sus compaas asociadas han desarrollado varios tipos de sistemas de calentamiento de baja frecuencia. stos son: Sistema de calentamiento por tubera, donde a la tubera se le aplica energa de una manera controlada. Los pozos candidatos tpicos son aquellos con depositaciones de parafina, asfaltenos, azufre, hidratos u otros, en la tubera (ver figura #2.11).


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Figura # 2.11: Sistema de calentamiento por tubera en un pozo vertical [3]


Sistema de calentamiento por bloque en mltiples pozos; el modelo de configuracin es igual al modelo de produccin/inyeccin de la IAV. Esto es una extensin que se coloca casi encima del borde del pozo a calentar, donde la corriente se dirige para calentar entre los pozos espaciados y, adems, las regiones cercanas al borde del mismo. Esto es una nueva tecnologa experimental y est actualmente bajo investigacin (ver figura #2.12).

Figura # 2.12: Sistema de calentamiento por bloque en mltiples pozos [3]


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2.5.2.- CALENTAMIENTO ELCTRICO INDUCTIVO (CEI5). Esta herramienta est comprendida por una bobina elctrica, que se coloca en el pozo, por la cual se hace circular una corriente; varios inductores que son atados en el fondo de la tubera de produccin y posicionados de forma opuesta en la zona de produccin [3]. El sistema utiliza el casing de produccin como un elemento de calentamiento inductivo, es decir, inducen una corriente elctrica en el metal y crean calor segn la resistividad de ese conductor determinado por la Ley de Omh [6], generando un campo electromagntico para dirigir calor a la zona de produccin que rodea el borde del pozo (ver figura #2.13). Las herramientas de calentamiento por induccin se han usado ampliamente para calentar las cercanas del borde del pozo, principalmente para los pozos verticales. Tales aplicaciones investigadas actualmente [3]. El rango de frecuencia de trabajo en las herramientas desarrolladas hasta el momento est entre 50 Hz y 25000 Hz, siendo la potencia mxima comercial disponible de aplicacin de 80 kW por bobina [6]. para los pozos horizontales estn siendo

2.6.3.- CALENTAMIENTO DIELECTRICO.

Figura # 2.13: Sistema de calentamiento por induccin en un pozo vertical [3]

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Calentamiento Elctrico Inductivo 31



Esta tcnica de calentamiento fue desarrollada hace apenas 5 aos, por lo que no se cuenta con un historial de aplicaciones que respalde su funcionamiento, sin embargo, las grandes inversiones hechas recientemente por las compaas comerciales ha creado un sistema confiable para trabajar en condiciones de fondo de pozo [6]. En el caso de la CEI, el calor es generado por el flujo de corriente elctrica alterna a travs de un elemento conductor en contacto directo con la formacin, o al menos con los fluidos producidos, por lo cual, el nico medio de transferencia de calor posible es la conduccin. La variacin del campo electromagntico induce corrientes secundarias en los metales alrededor, y su circulacin en el medio determina la tasa de conversin de energa elctrica. El efecto de los campos electromagnticos de bajas frecuencias en el crudo o la arena de formacin es completamente inexistente; por ese motivo, la CEI posee un radio de penetracin mucho menor que el CER, en el orden de 1 metro a 2 metros; pero segn la aplicacin requerida, los niveles de potencia y eficiencia se adaptan mejor a este proceso [6]. Esta tecnologa utiliza un dispositivo excitador que puede ser fcilmente colocado en la zona de inters y, de hecho, es la mejor tcnica de calentamiento elctrico cuando se refiere a pozos horizontales. Desde superficie se conecta la fuente de poder y se energiza la bobina utilizando el propio cable de alimentacin como retorno [6]. 2.5.3.- CALENTAMIENTO DIELCTRICO. El proceso consiste en generar microondas con una unidad montada en un remolque en superficie. Estas ondas elctricas son transmitidas por conductividad por un canal llamado gua de ondas para el caso de pozos profundos y un cable coaxial para el caso de pozos someros. Las ondas viajan a travs de la gua de ondas y se emiten desde una antena que est por debajo de la superficie suspendida en un pozo fuente. La antena se posiciona entre la interfase agua-hidrocarburo [9] (ver figura #2.14). El pozo fuente est rodeado por pozos para la recuperacin. El lquido y el vapor son bombeados simultneamente del pozo fuente y de los pozos para la recuperacin. Las producciones lquidas se transfieren a los tanques de almacenamiento. El vapor esFactibilidad del Uso de Mtodos de Recuperacin Mejorada para Yacimientos Carbonticos Fracturados en el Campo Mara Oeste

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condensado

a lquido y guardado separadamente. Los vapores no-condensables

pueden ser venteados, o pueden tratarse, dependiendo del sitio. Las bombas lquidas patentadas recuperan slo hidrocarburos de la superficie del agua y producen cantidades mnimas de agua asociada. La fuente de energa eficazmente lleva el recobro hacia los pozos de la recuperacin. Slo es producido hidrocarburo; as se reducen los costos de tratamientos de mezclas de hidrocarburo y agua [9]. La profundidad de penetracin de las microondas es normalmente pequea, pero para fluidos de yacimientos relativamente movibles; la energa de las microondas calienta continuamente a los fluidos cuando stos son arrastrados hacia el pozo productor. La antena que genera las microondas puede colocarse en un agujero taladrado cerca del pozo productor [10], o incluso en el mismo pozo. El anlisis de la literatura indica que es factible usar radiacin de MW para calentamiento de pozos. Con longitudes de penetracin de 3 a la radiacin [11]. Cuando la frecuencia aumenta, la vibracin molecular aumenta de tal manera que la transformacin de energa electromagntica a energa termal es alta, ocurriendo esta transformacin por friccin intermolecular [11]. En este caso, el calentamiento es instantneo, independiente de las caractersticas termales del medio y dependiente de la frecuencia usada, de la intensidad del campo elctrico de excitacin y de la permisividad compleja del medio [11]. Especficamente, el calentamiento de los fluidos de la formacin puede llevar a una movilidad mejorada de la fase de petrleo y relativamente las fases de los acuferos y el gas, conllevando a un aumento en la produccin de petrleo. El calentamiento electromagntico se basa en la transformacin de energa elctrica en energa termal. La distribucin de energa depende de las caractersticas elctricas y de la frecuencia usada en la muestra. En general, la radiacin cuyas frecuencias vanFactibilidad del Uso de Mtodos de Recuperacin Mejorada para Yacimientos Carbonticos Fracturados en el Campo Mara Oeste

50 pies y con

temperaturas altas (

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