i

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL

FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA E

INDUSTRIAS

CARRERA DE INGENIERÍA DE PETRÓLEOS

CÁLCULO DE LA DISTRIBUCIÓN DE FLUJOS DE VAPOR EN

POZOS EXTRACTORES DE CRUDOS PESADOS Y EXTRA

PESADOS.

TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO

DE INGENIERO DE PETRÓLEOS

CRISTIAN ESTEBAN GÓMEZ BARRERA

DIRECTOR: ING. FAUSTO RAMOS

Quito, diciembre 2016

ii

© Universidad Tecnológica Equinoccial. 2016

Reservados todos los derechos de reproducción

iii

FORMULARIO DE REGISTRO BIBLIOGRÁFICO

PROYECTO DE TITULACIÓN

DATOS DE CONTACTO

CÉDULA DE IDENTIDAD:

1725168585

APELLIDO Y NOMBRES:

Gómez Barrera Cristian Esteban

DIRECCIÓN:

Av. Real Audiencia y pje. Guanona

EMAIL:

Cegb1290 @gmail.com

TELÉFONO FIJO:

022530832

TELÉFONO MOVIL:

0995170916

DATOS DE LA OBRA

TITULO:

CÁLCULO DE LA DISTRIBUCIÓN DE

FLUJOS DE VAPOR EN POZOS

EXTRACTORES DE CRUDOS PESADOS Y

EXTRA PESADOS.

AUTOR O AUTORES:

Gómez Barrera Cristian Esteban

FECHA DE ENTREGA DEL PROYECTO

DE TITULACIÓN:

08 de diciembre de 2016

DIRECTOR DEL PROYECTO DE

TITULACIÓN:

Ing. Fausto René Ramos Aguirre

PROGRAMA

PREGRADO POSGRADO

TITULO POR EL QUE OPTA: Ingeniero de Petróleos

iv

RESUMEN:

Este trabajo realizo cálculos de la distribución

de vapor de una formación que contiene crudo

pesado mediante la aplicación del método de

inyección de vapor asistido por gravedad

(SAGD). Se determinó la cantidad de energía

térmica que se debe suministrar a la

formación para que aumente su temperatura

inicial de 180°F a 350°F lo que permitirá que

el crudo disminuya su viscosidad y aumente

su movilidad, se tomó en cuenta las pérdidas

de calor durante el proceso. Los cálculos de la

cantidad de energía se realizaron utilizando

ecuaciones que determinar las propiedades

térmicas de roca y fluidos, a este valor se

adiciona las pérdidas de calor, para encontrar

las pérdidas se empleó tablas que dependen

del diámetro de la tubería por la cual se

inyecta el vapor. La energía total que se

encontró para todo el sistema fue de

para generar esta cantidad de

energía fue empleado un generador cuyo

combustible fue diésel su valor calórico es de

aproximadamente

la cantidad de diésel

que se determino fue de 92 barriles diarios lo

que genera una masa de

la cual fue distribuida

mediante tres pozos ,

y la conclusión a la que a

que se llegó es que la distribución fue

homogénea por la correcta distribución de

distancias de las tuberías de inyección de

vapor . Comparando la tubería con

aislamiento de magnesio y la tubería desnuda

cuya diferencia es

, la gran

diferencia lleva a la conclusión es necesario el

uso de aislamiento en el proceso de inyección

de vapor para así evitar pérdidas de calor

v

innecesarias, aprovechar el vapor y recuperar

el crudo.

PALABRAS CLAVES:

Recuperación Mejorada, SAGD,

distribución de vapor Propiedades

térmicas roca y fluidos

ABSTRACT:

The present work makes a calculation of the

vapor distribution of a heavy weight-containing

formation by the use of the Gravity Assisted

Vapor Injection (SAGD) method. Also

emphasizes the amount of thermal energy that

can be supplied to the formation so that its

initial temperature of 180 ° F to 350 ° F, which

allows the crude to decrease its viscosity and

its mobility, was taken into account losses

during the process. Calculations of the amount

of energy are made using the equations that

determine the thermal properties of rock and

fluids, this value is added heat losses, to find

the losses are used tables depending on the

diameter of the pipe by which The total energy

that was found for the entire system was

to generate this amount of

energy was used a generator whose fuel was

daily its calorific value of approximately

the amount of diesel that Was determined to

be from 92 barrels per day which generates a

mass of

which was distributed through three wells

, y

la the conclusion reached

was homogeneous. Comparing tubing with

magnesium insulation and bare pipe the

difference is

, the big

vi

vii

viii

ix

x

ÍNDICE DE CONTENIDO

PÁGINA

RESUMEN xviii

ABSTRACT xix

1 INTRODUCCIÓN 1

2 MARCO TEÓRICO 3

2.1 DEFINICIÓN Y CLASIFICACIÓN DE CRUDOS PESADOS 3

2.2 INYECCIÓN DE VAPOR 4

2.2.1 METODOS EN LA INYECCIÓN DE VAPOR. 5

2.3 SEGREGACIÓN GRAVITACIONAL ASISTIDA POR VAPOR 5

2.3.1 FUNCIONAMIENTO 6

2.3.2 PROCESO DEL (SAGD) 7

2.4 CRITERIOS CLAVE PARA UNA OPERACIÓN EXITOSA PARA

PRODUCCIÓN DE CRUDO PESADO POR MÉTODO TÉRMICO. 8

2.5 PROPIEDADES TÉRMICAS ROCA Y FLUIDOS 9

2.5.1 PROPIEDADES TÉRMICAS DE LAS ROCA 9

2.5.1.1 Calor específico 9

2.5.1.2 Capacidad calorífica de rocas saturadas 9

2.5.1.3 Conductividad térmica ( ) 10

2.5.2 PROPIEDADES TÉRMICAS DEL PETROLEO 10

2.5.2.1 Saturación residual de petróleo 11

2.5.2.2 Grados API 12

2.5.2.3 Densidad 12

2.5.2.4 Densidad del petróleo 12

2.5.2.5 Viscosidad 13

2.5.2.6 Viscosidad Del Petróleo 13

2.5.2.7 Calor Específico de Hidrocarburos Líquidos Y Petróleos 15

2.5.2.8 Conductividad térmica del petróleo 15

2.5.2.9 Conductividad térmica de líquidos y gases 15

xi

PÁGINA

2.5.2.10 Difusividad térmica 16

2.5.3 PROPIEDADES TÉRMICAS DEL AGUA Y DEL VAPOR 16

2.5.3.1 Densidad del agua 16

2.5.3.2 Calor especifico de agua Saturada 16

2.5.3.3 Conductividad térmica del agua 17

2.5.3.4 Temperatura de saturación del agua 17

2.5.3.5 Calor específico del agua y del vapor 17

2.5.3.6 Calor sensible del agua 17

2.5.3.7 Calor latente de vaporización 19

2.5.3.8 Calor total o entalpia del vapor seco y saturado 19

2.5.3.9 Calidad del vapor y vapor húmedo 19

2.5.3.10 Entalpia Disponible 20

2.5.3.11 Volumen Específico 21

2.5.3.12 Densidad Del Vapor 21

2.5.3.13 Viscosidad del vapor 22

2.5.3.14 Vapor Sobrecalentado 22

2.5.4 DETERMINACIÓN DE LA CALIDAD DE VAPOR 22

2.5.5 TABLAS DE VAPOR 23

2.5.5.1 Datos de las tablas de vapor: 24

2.5.6 MEDICION DEL FLUJO DE VAPOR 25

2.5.7 DISTRIBUCION DEL VAPOR 27

2.5.8 MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR 27

2.5.8.1 Conducción 27

2.5.8.2 Radiación 28

2.5.8.3 Convección 28

2.6 PÉRDIDAS DE CALOR DURANTE LA TRANSMISIÓN DE FLUIDOS

CALIENTES 29

2.6.1 PÉRDIDAS DE CALOR EN TUBERÍA 30

2.6.1.1 Pérdidas de calor en tubería desnuda 30

2.6.1.2 Pérdidas de calor en tubería desnuda 30

xii

PÁGINA

2.6.2 EFICIENCIA TÉRMICA DEL GENERADOR DE VAPOR 31

2.6.3 CÁLCULOS DEL PETRÓLEO IN SITU 31

3 METODOLOGÍA 32

3.1 CÁLCULO DE LA CANTIDAD DE CALOR NECESARIO PARA LA

TEMPERATURA DE 180°F A 350°F. 32

3.1.1 CÁLCULO CAPACIDAD CALORÍFICA DE ROCA 32

3.1.1.1 Calcular las propiedades térmicas de las rocas. 33

3.1.1.2 Calcular las propiedades térmicas del petróleo. 33

3.1.1.3 Propiedades térmicas del agua. 33

3.1.1.4 Calcular la viscosidad del petróleo a 350°F 33

3.1.2 DEFINIR EL VOLUMEN DE LA FORMACIÓN 34

3.2 ENCONTRAR LAS PÉRDIDAS DE CALOR DURANTE EL PROCESO

DE INYECCIÓN DE VAPOR. 34

3.2.1 PÉRDIDAS DE CALOR EN LA TUBERIA 34

3.2.2 PÉRDIDAS DE CALOR EN LÍNEAS DE SUPERFICIE 35

3.2.3 CALCULAR LA CALIDAD DE VAPOR FRENTE A LA

ARENA PRODUCTORA 35

3.2.3.1 Propiedades térmicas del vapor 35

3.3 DETERMINAR LA CANTIDAD DE COMBUSTIBLE QUE DEBE SER

UTILIZADO PARA LA GENERACIÓN DE VAPOR. 36

3.3.1 CÁLCULO DEL VALOR CALORIFICO 36

3.3.2 CÁLCULO DEL CALOR TOTAL 36

3.3.3 CÁLCULO DE LA CANTIDAD DE DIESEL A CONSUMIR 36

3.3.4 CÁLCULO DE LA TASA DE AGUA Y VAPOR 37

3.3.5 CÁLCULO CALOR TOTAL GANADO POR EL VAPOR 37

3.4 DISTRIBUCIÓN DEL VAPOR DESDE EL GENERADOR A LA

FORMACIÓN MEDIANTE TRES POZOS. 37

3.4.1.1 Distribución de flujo de vapor para tres pozos 37

xiii

PÁGINA

4 ANÁLISIS Y RESULTADOS 38

4.1 CÁLCULO DE LA CANTIDAD DE CALOR NECESARIO PARA

ELEVAR LA TEMPERATURA DE 180°F A 350°F 38

4.1.1 CALCULAR LAS PROPIEDADES TÉRMICAS DE LA ROCA. 39

4.1.2 CALCULAR LAS PROPIEDADES DEL PETROLEO 39

4.1.3 CALCULAR LAS PROPIEDADES TÉRMICAS DEL AGUA 40

4.1.4 CÁLCULO CALOR NECESARIO 40

4.1.5 ANÁLISIS DE LA CANTIDAD DE ENERGÍA 41

4.1.6 CÁLCULO DE LA VISCOSIDAD 41

4.1.6.1 Análisis de viscosidad 41

4.2 CÁLCULO DE LAS PÉRDIDAS DE CALOR 42

4.2.1 CÁLCULOS TUBERÍA DESNUDA 42

4.2.2 CÁLCULOS DE PÉRDIDAS EN LÍNEAS DE SUPERFICIE 42

4.2.3 ANÁLISIS DE PERDIDAS 43

4.2.4 CÁLCULOS DE LA CALIDAD DEL VAPOR 44

4.2.4.1 Pérdidas de calor 44

4.2.4.2 Calor en el fondo del pozo 45

4.2.4.3 Calidad del vapor frente a la arena productora 45

4.2.5 ANÁLISIS DE LA CÁLIDA EN EL FONDO DEL POZO 45

4.3 DETERMINAR LA CANTIDAD DE COMBUSTIBLE QUE DEBE SER

UTILIZADO PARA LA GENERACIÓN DE VAPOR. 46

4.3.1 CÁLCULO DEL VALOR CALORIFICO DEL DIÉSEL 46

4.3.2 CÁLCULO DEL CALOR TOTAL 46

4.3.3 CÁLCULO DE LA CANTIDAD DE DIESEL A CONSUMIR 46

4.3.4 CÁLCULO DE TASA DE AGUA Y VAPOR 47

4.3.5 CÁLCULO CALOR TOTAL GANADO POR EL VAPOR 47

4.3.6 ANÁLISIS DE LA CANTIDAD DE DIÉSEL. 48

xiv

PÁGINA

4.3.7 CÁLCULOS DEL PETRÓLEO IN SITU 48

4.3.8 CALCULO DE PETRÓLEO RESIDUAL. 48

4.4 DISTRIBUCIÓN DE FLUJO DE VAPOR PARA TRES POZOS 49

4.4.1 ANÁLISIS DE LA DISTRIBUCIÓN DE VAPOR 49

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 44

CONCLUSIONES 44

RECOMENDACIONES 44

BIBLIOGRAFÍA 51

ANEXOS 52

xv

ÍNDICE DE TABLAS

PÁGINA

Tabla 1 Características Físicas De Crudos Pesados Y Extra Pesados 3

Tabla 2 Tablas de vapor 24

Tabla 3 Pérdidas de calor en tubería desnuda 30

Tabla 4 Pérdidas de calor en tubería aislada 31

Tabla 5 Datos proporcionados por estudios de campo 38

Tabla 6 Propiedades Térmicas De Las Rocas 39

Tabla 7 Propiedades Térmicas Del Petróleo 39

Tabla 8 Propiedades Térmicas Del Agua 40

Tabla 9 Cantidad de energía para formación 40

Tabla 10 Viscosidad a 350°F 41

Tabla 11 Tubería Desnuda lectura 42

Tabla 12 Pérdidas de calor en sub suelo 42

Tabla 13 Pérdidas En Líneas De Superficie lectura 43

Tabla 14 Pérdidas de calor en superficie 43

Tabla 15 Vapor en superficie 44

Tabla 16 Vapor frente a la arena productora 45

Tabla 17 Valor calórico del diésel 46

Tabla 18 Entalpía ganada por el vapor 47

Tabla 19 Petróleo In Situ 48

Tabla 20 Petróleo residual 48

Tabla 21 Distribución de flujo de vapor para cada pozo 49

xvi

ÍNDICE DE FIGURAS

PÁGINA

Figura 1 Distribución de reservas de petróleo en el mundo 4

Figura 2 Inyección de vapor asistida por gravedad (SAGD) 5

Figura 3 Drene de la cima o techo de la cámara de vapor y drene. 6

Figura 4 Método SAGD, dos pozos horizontales paralelos. 7

Figura 5 Calor Sensible, Calor Latente de Vaporización 18

Figura 6 Conexión típica de la celda de presión diferencial. 25

Figura 7 Diagrama Esquemático de la Inyección de Vapor a dos Pozos 26

Figura 8 Pérdidas de calor 29

xvii

ÍNDICE DE ANEXOS

PÁGINA

ANEXO 1 52

ANEXO 2 53

xviii

RESUMEN

Este trabajo realizo cálculos de la distribución de vapor de una formación

que contiene crudo pesado mediante la aplicación del método de inyección

de vapor asistido por gravedad (SAGD). Se determinó la cantidad de energía

térmica que se debe suministrar a la formación para que aumente su

temperatura inicial de 180°F a 350°F lo que permitirá que el crudo disminuya

su viscosidad y aumente su movilidad, se tomó en cuenta las pérdidas de

calor durante el proceso. Los cálculos de la cantidad de energía se

realizaron utilizando ecuaciones que determinar las propiedades térmicas de

roca y fluidos, a este valor se adiciona las pérdidas de calor, para encontrar

las pérdidas se empleó tablas que dependen del diámetro de la tubería por

la cual se inyecta el vapor. La energía total que se encontró para todo el

sistema fue de

para generar esta cantidad de energía fue

empleado un generador cuyo combustible fue diésel su valor calórico es de

aproximadamente

la cantidad de diésel que se determino fue de 92

barriles diarios lo que genera una masa de

la cual

fue distribuida mediante tres pozos , y

la conclusión a la que a que se llegó es que la distribución fue

homogénea por la correcta distribución de distancias de las tuberías de

inyección de vapor . Comparando la tubería con aislamiento de magnesio y

la tubería desnuda cuya diferencia es

, la gran diferencia

lleva a la conclusión es necesario el uso de aislamiento en el proceso de

inyección de vapor para así evitar pérdidas de calor innecesarias,

aprovechar el vapor y recuperar el crudo.

PALABRAS CLAVES

Recuperación Mejorada, SAGD, Distribución de vapor, Propiedades

Térmicas de roca y fluidos

xix

ABSTRACT

The present work makes a calculation of the vapor distribution of a heavy

weight-containing formation by the use of the Gravity Assisted Vapor

Injection (SAGD) method. Also emphasizes the amount of thermal energy

that can be supplied to the formation so that its initial temperature of 180 ° F

to 350 ° F, which allows the crude to decrease its viscosity and its mobility,

was taken into account losses during the process. Calculations of the amount

of energy are made using the equations that determine the thermal

properties of rock and fluids, this value is added heat losses, to find the

losses are used tables depending on the diameter of the pipe by which The

total energy that was found for the entire system was

to

generate this amount of energy was used a generator whose fuel was daily

its calorific value of approximately

the amount of diesel that Was

determined to be from 92 barrels per day which generates a mass of

which was distributed through three wells

, y la the conclusion

reached was homogeneous. Comparing tubing with magnesium insulation

and bare pipe the difference is

, the big difference leads to

the conclusion that it is necessary to use insulation in the steam injection

process to avoid unnecessary heat losses, take advantage of the Steam and

recover the crude.

KEYWORDS

Improved recovery, SAGD, Steam distribution, Rock and fluid thermal

properties

1. INTRODUCCIÓN

1

1 INTRODUCCIÓN

Debido a la disminución de crudos livianos, las empresas se ven

obligadas a la producción de crudos pesados y extra pesados, para

producirlos existen varios métodos como los térmicos que se han

venido desarrollando entre ellos la inyección de vapor con el objetivo

de cambiar las características físicas como la reducción de la

viscosidad y ayuden la movilidad de este desde el subsuelo ha

superficie este método tiene inconvenientes en el momento de

mantener la calidad del vapor durante el proceso por eso un aspecto

importante es determinar el flujo del vapor dentro del proceso.

Debido a la diferencia de temperatura existente entre el vapor y el

medio ambiente que rodea las líneas de superficie (líneas que

transportan el fluido caliente hasta el cabezal del pozo) y la tubería de

inyección en el hueco del pozo, parte del contenido de calor del fluido

que fluye se pierde antes de llegar a la formación.

Ecuador no es la excepción el campo Pungarayacu contiene el mayor

depósito de crudo de la cuenca Oriente con al menos de 7 000 000

000 de barriles de estos tipos de crudos, lo que ha llevado

obligatoriamente a buscar métodos de recuperación que proporcionen

energía mediante introducción de calor en los yacimientos

petrolíferos para mejorar o acelerar la extracción de petróleo.

Uno de los procesos de inyección de vapor que se debe usar en los

crudos que posee el oriente Ecuatoriano es el método de Segregación

Gravitacional Asistida por Vapor SAGD (Steam Assisted Gravity

Drainage) o también nombrado como Escurrimiento Asistido por

Vapor y Gravedad

2

El conocimiento de las propiedades de los fluidos pesados es

fundamental para decidir los mejores métodos de extracción,

producción y procesamiento de un campo.

OBJETIVO GENERAL:

Calcular la distribución de vapor para pozos productores de crudos pesados

y extra pesados con tecnología de Segregación Gravitacional Asistida por

Vapor (SAGD).

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

Calcular la cantidad de energía que debe suministrarse a la

formación para llegar la temperatura deseada.

Calcular las pérdidas de calor durante el proceso de inyección y

distribución de vapor a la formación.

Calcular la cantidad de combustible que se debe utilizar para la

generación el vapor y su distribución hacia los pozos.

2. MARCO TEÓRICO

3

2 MARCO TEÓRICO

La recuperación de crudos pesados y extra pesados requiere de gran

energía y una alta inversión de capitales debido a su alta viscosidad, baja

productividad y alto contenido de contaminantes.

Dentro de los métodos de recuperación térmica la inyección de vapor es muy

utilizada y constantemente desarrollada en la industria. Ya que permite la

reducción de viscosidad del crudo y mejorar la movilidad.

Las pruebas de laboratorio brindan información acerca de los atributos

físicos de las formaciones, las reservas de crudo pesado necesitan mayor

estudio por su dificultad para ser recuperados. El equipo de laboratorio debe

ser capaz de recrear condiciones de presión y temperatura para que estos

crudos empiecen a fluir y así reproducir las condiciones en el sub suelo.

2.1 DEFINICIÓN Y CLASIFICACIÓN DE CRUDOS PESADOS

Tabla 1 Características Físicas De Crudos Pesados Y Extra Pesados

TIPO DE CRUDO °API Densidad

Viscosidad

µ = c.P

CRUDO PESADO

10-22,3

1,0-0.92

100- 10 000

CRUDO EXTRA

PESADO

9.9

1

≤10 000

BITUMEN

>9.9

>1,0

<10 000

Los valores de °API determinan incluso el precio

(GPA, 2009)

4

Este tipo de crudos se cotiza a un menor precio que los crudos livianos por

su dificultad de procesar, también se toma en cuenta su alto contenido de

azufre y metales pesados. La productividad, el transporte y la

comercialización son complicadas. Por lo tanto, la explotación exitosa del

crudo pesado requiere planeación y una ejecución cuidadosas.

Figura 1 Distribución de reservas de petróleo en el mundo

(JALIFE, 2011)

2.2 INYECCIÓN DE VAPOR

El proceso de inyección de vapor es una de las técnicas dominantes en la

recuperación mejorada de la extracción de petróleo pesado la inyección de

vapor es un proceso mediante el cual se suministra energía térmica al

yacimiento inyectando vapor de agua. El proceso de inyección se puede dar

de dos formas continua o alternada.

Los principales mecanismos que contribuyen al desplazamiento del petróleo

de este tipo de proceso son: la expansión térmica de fluidos del yacimiento,

la reducción de la viscosidad del petróleo y la destilación con vapor, siendo

este último es quizás el más significativo.

Hay cuatro factores clave para una operación efectiva y eficiente de

recuperación mejorada:

5

Generación eficiente de vapor.

Distribución efectiva de vapor, en la superficie y en el subsuelo.

Monitoreo efectivo de la producción.

Monitoreo efectivo del calor y la saturación en el yacimiento.

2.2.1 METODOS EN LA INYECCIÓN DE VAPOR.

Inyección continúa de vapor para barrido.

La estimulación cíclica por vapor de agua (css)

Segregación gravitacional asistida por vapor (sagd)

2.3 SEGREGACIÓN GRAVITACIONAL ASISTIDA POR

VAPOR (SAGD)

Figura 2 Inyección de vapor asistida por gravedad (SAGD)

(Hidrocarburos, 2012)

Este mecanismo de recuperación tiene un proceso es la inyección de vapor

en la parte inferior del yacimiento, este vapor inyectado por efecto de la

6

densidad sube a la parte superior del yacimiento, y el condensado junto con

el petróleo al cual se le ha cambiado sus características la más

representativa la reducción de viscosidad lo que le permite caer al fondo

debido a la gravedad, los cuales son producidos, mientras el bitumen es

drenado a la superficie, el espacio poroso que inicialmente se encontraba

saturado con petróleo es ocupado por el vapor.

2.3.1 FUNCIONAMIENTO

Este sistema funciona porque existe una trasferencia de energía térmica a la

formación y al petróleo ocurre por la condensación del vapor en los límites

de la cámara de vapor. El calor latente liberado por el vapor, se transfiere a

la formación principalmente por conducción. Por tal motivo el flujo de vapor

condensado (agua caliente) y petróleo ocurre en dirección perpendicular a la

dirección del flujo de calor por conducción.

Figura 3 Drene de la cima o techo de la cámara de vapor y drene a los costados de la

cámara de vapor.

(Schulmberger, 2006)

7

2.3.2 PROCESO DEL (SAGD)

El (SAGD) es un método que sirve para la recuperación de crudos pesados y

extra pesados. En este sistema se perfora un par de pozos horizontales

paralelos, situándose un pozo a unos 5 ó 7 m [16 a 23 pies] por encima del

otro. Lo que se busca al inyectar el vapor en el pozo superior es que al subir

por efecto de gravedad disminuya la viscosidad de este tipo de crudos.

El vapor inyectado calienta el petróleo pesado, reduciendo su viscosidad. La

gravedad hace que el petróleo movilizado fluya en sentido descendente,

hacia el productor horizontal inferior. La comunicación inicial se establece

entre el inyector y el productor mediante inyección de vapor, vapor cíclico o

inyección de solvente.

El factor de recuperación estimado para este método oscila entre 50 y 70%.

No obstante, la estratificación de la formación puede incidir

significativamente en la recuperación SAGD.

Figura 4 Método SAGD, dos pozos horizontales paralelos, por uno se inyecta vapor y por el

otro se produce aceite pesado

(Schulmberger, 2006)

8

2.4 CRITERIOS CLAVE PARA UNA OPERACIÓN EXITOSA

PARA PRODUCCIÓN DE CRUDO PESADO POR MÉTODO

TÉRMICO.

• Profundidad: La mayoría de procesos se efectúan a menos de

2500 pies.

• Petroleum in situ: 1000BY/acre-pie.

• Porosidad: Debe ser entre 18%-20%

• Saturación de agua: En yacimiento la recuperación es solo del 7%

del petróleo in situ, éste se podría considerar como un candidato

para recuperación térmica.

• Segregación: Manejando esta característica es beneficiosa en la

recuperación.

• Heterogeneidad del yacimiento: Se refiere a la distribución de

capas permeables y no permeables su configuración puede o no

ser beneficiosa.

• Espesor de la arena: Para la inyección de vapor es conveniente

tener espesores moderadamente altos.

• Movilidad del petróleo: En petróleo inmóvil es esencial crear un

frete de calor.

(Douglas, 2002)

Los hidrocarburos y sus productos derivados, son mezclas bastante

complejas. Para caracterizar los productos que se pueden obtener a partir de

los hidrocarburos así como determinar la calidad de estos se necesita las

diferentes propiedades físico-químicas las que influyen en forma directa con

los costos de producción y de comercialización, consecuentemente la

calidad del petróleo incide directamente con las tecnologías que van a ser

empleadas, dentro de las actividades de explotación, transporte,

almacenamiento, industrialización y comercialización.

9

2.5 PROPIEDADES TÉRMICAS ROCA Y FLUIDOS

Para calcular la cantidad de calor necesaria que se debe suministrar a la

formación para llegar a la temperatura deseada es necesario calcular los

siguientes parámetros.

2.5.1 PROPIEDADES TÉRMICAS DE LAS ROCA

2.5.1.1 Calor específico

[1]

(Douglas, 2002)

Dónde:

Calor especifico

T: Temperatura ºF

2.5.1.2 Capacidad calorífica de rocas saturadas

En procesos térmicos una propiedad térmica de gran interés para el diseño

de estos es la capacidad calorífica de las rocas con propósitos de

recuperación secundaria.

( ) [2]

(Douglas, 2002)

10

Dónde:

M: capacidad calorífica

S: saturación de fluidos, fracción

c: calor especifico

: Densidad

2.5.1.3 Conductividad térmica ( )

[ ]

[3]

(Douglas, 2002)

Dónde:

: Conductividad térmica de la roca

S: saturación de fluidos, fracción

T: temperatura en ºF

Porosidad, fracción

2.5.2 PROPIEDADES TÉRMICAS DEL PETROLEO

Entre las propiedades térmicas más importantes de los fluidos en la

recuperación térmica son: la viscosidad, la densidad, el calor específico y la

conductividad térmica en menor grado.

11

2.5.2.1 Saturación residual de petróleo

Saturación residual de petróleo remanente en la zona de vapor, después del

paso del vapor, Sorst, es usada en cálculos de recuperación térmica

[4]

(Douglas, 2002)

Dónde:

Viscosidad del petróleo muerto

La saturación residual de petróleo para el SAGD viene dado por la siguiente

ecuación.

(

)

[5]

(Ramos, 2013)

Dónde:

Saturación residual del petróleo, (fracción)

Viscosidad cinemática del vapor,

Porosidad, (fracción)

H = Espesor, m)

K = Permeabilidad,

g = gravedad,

t = tiempo, (D)

12

2.5.2.2 Grados API

A mayor grado API más liviano es el hidrocarburo, por lo tanto esta en

relación inversa a la densidad. Para transformar la densidad de un petróleo

expresada en g/cm3 a grados API, se aplica la siguiente ecuación:

[6]

(Ramos, 2013)

Dónde:

= Gravedad especifica del petróleo

2.5.2.3 Densidad

[7]

Dónde:

= Densidad (

)

m = Masa de una sustancia (g)

V = Volumen ( )

2.5.2.4 Densidad del petróleo

[8]

Esto en condiciones normales si se desea obtener el valor de la densidad a

otra temperatura se utiliza la siguiente ecuación.

[9]

13

2.5.2.5 Viscosidad

[

] [

] (Definición)

La viscosidad aumenta con el peso específico y la baja de temperatura, y no

es la misma para aceites de igual peso específico, debido a que su

composición química es diferente.

2.5.2.6 Viscosidad del Petróleo

Por lo general, la viscosidad del petróleo disminuye con aumento de

temperatura.

Ecuación de Andrade nos permitirá encontrar una tercera viscosidad a partir

de dos en el trabajo se necesita una viscosidad entre 180°F y 350°F la

podemos encontrar una vez encontrada a 350°F.

⁄ [10]

[11]

Dónde:

Viscosidad, en cp

= temperatura, en grados absolutos: R o K

=son constantes

Carta ASTM de viscosidad-temperatura se utilizan con las siguientes

ecuaciones.

14

[12]

(Douglas, 2002)

(

)

(

){ [ ] [ ]} [13]

Correlación de Beggs, H.D. y Robinson, J.R

[14]

Dónde:

=viscosidad del aceite saturado ciertas condiciones de P y (T en

ºF); en cP y

=viscosidad del aceite muerto o estabilizado, en cP

[

]

Para el petróleo muerto (Sin gas)

Correlación de Beggs, H.D. y Robinson, J.R

[15]

[16]

[17]

[18]

(Bánzer, 1996)

15

2.5.2.7 Calor Específico de Hidrocarburos Líquidos Y Petróleos

√ [19]

(Douglas, 2002)

Dónde:

= Calor especifico del petróleo

= Gravedad especifica del petróleo

2.5.2.8 Conductividad térmica del petróleo

[ ]

√ [20]

(Douglas, 2002)

Dónde:

Conductividad térmica del petróleo

= Gravedad especifica del petróleo

2.5.2.9 Conductividad térmica de líquidos y gases

En la mayoría de los líquidos la conductividad térmica, especialmente

líquidos orgánicos, varía entre 0.05 y 0.2 BTU/hr-pie-ºF y normalmente su

valor disminuye con aumento de temperatura.

16

2.5.2.10 Difusividad térmica

Relación entre la capacidad calorífica y la conductividad eléctrica

2.5.3 PROPIEDADES TÉRMICAS DEL AGUA Y DEL VAPOR

Es necesario conocer sus propiedades correctamente y entenderlas para

que cuando se deba utilizar en los proceso ya sea como agua calienta o

vapor se aprecie y se pueda manejar adecuadamente la energía calorífica.

2.5.3.1 Densidad del agua

La densidad del agua temperatura de saturación.

[21]

(Douglas, 2002)

[22]

(Douglas, 2002)

Dónde:

Densidad del agua

2.5.3.2 Calor especifico de agua Saturada

[23]

(Douglas, 2002)

17

Dónde:

Calor especifico

T = Temperatura, ºF

2.5.3.3 Conductividad térmica del agua

El agua es una excepción la conductividad térmica sube cuando aumenta la

subir la temperatura, hasta 130 C(valor máximo=0,398 mili cal/(seg-cm-K)

[24]

2.5.3.4 Temperatura de saturación del agua

[25]

(Douglas, 2002)

Dónde:

Ts= Temperatura de saturación, °F

Ps= Presión de saturación, lpca

2.5.3.5 Calor específico del agua y del vapor

El calor especifico no es constante en una sustancia depende de la

temperatura a la que se lo mide.

2.5.3.6 Calor sensible del agua

Aumenta con la presión, es decir, a mayor presión del sistema, la energía de

un líquido saturado es mayor.

18

[26]

(Douglas, 2002)

[27]

(Douglas, 2002)

Dónde:

Hw: entalpía del agua saturada o calor sensible, en BTU/lb

Ts: temperatura de saturación, en °F

: Calor específico del agua, 1,0 lb*F/BTU

Puesto que la temperatura de saturación es función de la presión, es

evidente que el calor sensible también lo será.

Figura 5 Calor Sensible, Calor Latente de Vaporización y Entalpía Del Vapor Seco y

Saturado en Función de la Presión de Saturación.

(Douglas, 2002, pág. 64)

19

2.5.3.7 Calor latente de vaporización

El calor latente de vaporización del agua puede leerse de tablas de vapor o

mediante la siguiente ecuación.

[28]

(Douglas, 2002)

Donde:

Lv : calor latente de vaporizacón, en

2.5.3.8 Calor total o entalpia del vapor seco y saturado

Dado que la entalpía del vapor seco y saturado depende del calor sensible y

del calor latente de vaporización, entonces el calor total también depende de

la presión tal como se muestra en la Figura 5 y su ecuación es la siguiente:

[ – ]

[29]

(Douglas, 2002)

Dónde:

: Entalpía del vapor seco y saturado, en

2.5.3.9 Calidad del vapor y vapor húmedo

Es un factor de medición de gran importancia en mecanismo de

recuperación que utilice vapor para la generación de energía térmica en las

20

formaciones, normalmente se usa vapor con una calidad entre 80% y 90%

depende del agua que se utilice y su tratamiento

Así en referencia el vapor seco saturado tiene una calidad de 100%

disminuye cuanto más aumente su fase liquida viene dada por la ecuación

que la relaciona.

[30]

(Douglas, 2002)

Dónde:

: Calor Total o Entalpía del vapor húmedo, en

: Calor Sensible del Agua o Entalpía del agua saturada, en

: Calor del Vapor o Calor Latente de Vaporización, en

X: Calidad del Vapor, fracción

El aporte del calor latente al color del vapor húmedo se reduce si se reduce

la calidad del vapor.

2.5.3.10 Entalpia Disponible

Si el vapor a una presión Ps (temperatura Ts) es inyectado a un yacimiento

de temperatura Tr, entonces la entalpía disponible para calentar el

yacimiento viene dada por:

[31]

(Douglas, 2002)

Dónde:

21

: Entalpía disponible, en

: Calor específico promedio del agua, en el rango de temperatura

considerado, en

Tr: temperatura del yacimiento, en

2.5.3.11 Volumen Específico

[32]

(Douglas, 2002)

Dónde:

: Volumen específico del vapor húmedo, en

: Volumen específico del vapor seco y saturado, en

: Volumen específico del agua saturada, en

A bajas presiones, el volumen específico del agua satura da es despreciable

en comparación al del vapor saturado.

2.5.3.12 Densidad Del Vapor

Se puede obtener su valor de tablas de vapor utilizando valores del volumen

específico del vapor seco y saturado (Considerando que la densidad en

= 0.016018463/volumen específico del vapor seco y saturado, en

).

22

Para presiones de hasta 1 000 lpca, la densidad del vapor seco y saturado

puede ser determinada mediante la siguiente ecuación derivada por Farouq:

[33]

(Douglas, 2002)

Dónde:

Densidad del vapor seco y saturado, en

.

2.5.3.13 Viscosidad del vapor

( )

2.5.3.14 Vapor Sobrecalentado

Cuando le usa para fines industriales el uso del vapor sobrecalentado es

ventajoso; sin embargo, en recuperación térmica está en duda si es

beneficioso utilizarlo, por lo menos mientras se utilicen los tipos de

generadores disponibles en la actualidad.

2.5.4 DETERMINACIÓN DE LA CALIDAD DE VAPOR

El correcto cálculo de la calidad de vapor y seguimiento durante proceso nos

permite tener un sistema eficiente cuando hablamos de recuperación

térmica utilizando el vapor para transferir calor a las formaciones.

Método del separador

Método de los cloruros

23

(

) [34]

Método de la conductividad eléctrica

(

) [35]

Dónde:

Es la conductividad eléctrica

Método del medidor de orificio

El caudal de un fluido (q) con una densidad a través de una tubería de

diámetro d y con un diferencial de presión se calcula mediante la

siguiente ecuación.

√

√

[36]

(Douglas, 2002)

Dónde:

q = tasa de flujo del líquido, en

= diferencial de presión, en pulgadas de agua

= densidad del fluido, en

2.5.5 TABLAS DE VAPOR

Con ecuaciones se puede determinar las propiedades del vapor del agua y

del vapor, para cálculos más rápidos resulta más cómodo utilizar tablas de

vapor que dan datos de las dichas propiedades.

24

2.5.5.1 Datos de las tablas de vapor:

Temperatura y presión del agua

Volumen especifico en fase liquida, fase vapor y fase liquido más

vapor

Entalpias del agua saturada, calor latente de vaporización, entalpía

del vapor seco y saturado.

Tabla 2 Tablas de vapor

(Douglas, 2002)

25

2.5.6 MEDICION DEL FLUJO DE VAPOR

La medición del flujo de vapor en aplicaciones de campo es complicada,

dado que la medición debe ser realizada en la región bifásica. Existen

correlaciones adecuadas para medir el vapor saturado o sobrecalentado,

pero que no se aplican cuando la calidad del vapor es inferior a 90%.

Figura 6 Conexión típica de la celda de presión diferencial a la línea de flujo de vapor.

(Douglas, 2002)

Para el caso de un solo generador podemos calcular el flujo de vapor a cada

pozo con la siguiente ecuación.

[37]

(Douglas, 2002)

26

Dónde:

W = tasa de flujo de vapor,

C = constante del medidor de orificio

Δp = presión diferencial, pulgadas de agua

Luego, considerando las suposiciones establecidas, la relación entre los

pozos 1 y 2, será:

[38]

(

)

[39]

(Douglas, 2002)

Figura 7 Diagrama Esquemático de la Inyección de Vapor a dos Pozos

(Douglas, 2002)

27

2.5.7 DISTRIBUCION DEL VAPOR

Es preferible tener distancias cortas desde el generador de vapor a los

pozos, ya que se disminuirían las pérdidas de calor y las condiciones de

diseño serán mínimas. De acuerdo a Alvarado (2002) si la distancia del

generador de vapor al cabezal del pozo excede de unos 100 pies las

consideraciones de diseño se multiplicarán.

2.5.8 MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR

Los mecanismos básicos de transferencia de calor son: conducción,

radiación y convección, aunque una inspección detallada del mecanismo de

convección revela que este es una combinación de los mecanismos de

radiación y conducción.

2.5.8.1 Conducción

[40]

(Douglas, 2002)

Dónde:

Qc = Tasa de flujo de calor por conducción en BTU/h

A = Área a través de la cual ocurre el flujo en pie2

= Gradiente de temperatura en F/pie

KH = Conductividad térmica del material en

28

2.5.8.2 Radiación

(

) [41]

(Douglas, 2002)

Dónde:

Tasa de flujo de calor por radiación

2.5.8.3 Convección

| | [42]

(Douglas, 2002)

Dónde:

Tasa de flujo de calor por convección

29

2.6 PÉRDIDAS DE CALOR DURANTE LA TRANSMISIÓN DE

FLUIDOS CALIENTES

Figura 8 Pérdidas de calor

(Douglas, 2002)

Perdidas de calor en sistema de inyección de vapor se dan en

Unidad térmica o fuente de calor

30

En las líneas de inyección de superficie

En el cabezal de inyección

El pozo

Finalmente en la formación y en los estratos adyacentes

2.6.1 PÉRDIDAS DE CALOR EN TUBERÍA

2.6.1.1 Pérdidas de calor en tubería desnuda

Tabla 3 Pérdidas de calor en tubería desnuda

(Douglas, 2002)

2.6.1.2 Pérdidas de calor en tubería desnuda

En el sistema de inyección estas son pérdidas que se dan del generador al

cabezal del pozo.

31

Tabla 4 Pérdidas de calor en tubería aislada

(Douglas, 2002)

2.6.2 EFICIENCIA TÉRMICA DEL GENERADOR DE VAPOR

Estos generadores pueden ser utilizados con petróleo y gas su calidad

normalmente es de 80%. Con mejoras en los diseños de generador de vapor

pueden operar con eficiencias de un 80 al 90 %.

(

) [43]

(Douglas, 2002)

2.6.3 CÁLCULOS DEL PETRÓLEO IN SITU (EN SITIO)

[44]

(Douglas, 2002)

3. METODOLOGÍA

32

3 METODOLOGÍA

La metodología al aplicar en este presente trabajo fue la siguiente:

Calcular de la cantidad de energía térmica necesaria para

elevar la temperatura de la formación de 180°F a 350°F.

Encontrar las pérdidas de calor durante el proceso de

inyección de vapor.

Determinar la cantidad de combustible que debe ser

utilizado para la generación de vapor.

Elaborar un sistema distribución del vapor desde el

generador a la formación mediante tres pozos

Todos los cálculos se realizaron en el capítulo cuatro.

3.1 CÁLCULO DE LA CANTIDAD DE CALOR ES EL

NECESARIO PARA ELEVAR LA TEMPERATURA DE LA

FORMACIÓN DE 180°F A 350°F.

Los cálculos para determinar la cantidad de calor que necesita el sistema

para elevar la temperatura del reservorio de 180 ºF a 350 ºF las ecuaciones

utilizadas son las descritas anteriormente.

Los datos que se utilizaron en este trabajo son similares a los que tienen los

crudos que posee Pungarayacu y las dimensiones de la formación es un

ambiente donde se puede aplicar el método.

3.1.1 CÁLCULO DE CAPACIDAD CALORÍFICA DE ROCA SATURADA

Para la capacidad calorífica de la roca fue necesario obtener los

siguientes parámetros este método de cálculo mediante ecuaciones.

33

3.1.1.1 Cálculo de las propiedades térmicas de las rocas.

Calor específico : se calcula con la ecuación [1]

Capacidad calorífica : se calcula con la ecuación [2]

Conductividad térmica : se calcula con la ecuación [3]

3.1.1.2 Cálculo de las propiedades térmicas del petróleo.

Densidad del petróleo : se calcula con la ecuación [8]

Calor Específico del Petróleos : se calcula con la ecuación [19]

Conductividad térmica : se calcula con la ecuación [20]

3.1.1.3 Cálculo de las Propiedades térmicas del agua.

Densidad del agua : se calcula con la ecuación [21]

Factor G : se calcula con la ecuación [22]

Calor especifico de agua Saturada : se calcula con la ecuación [23]

3.1.1.4 Cálculo de la viscosidad del petróleo a 350°F

Como el objetivo de inyectar vapor es cambiar las características del crudo

se debe calcular la viscosidad a 350°F para saber si disminuye, así será

más fácil recupéralo.

34

3.1.2 DEFINIR EL VOLUMEN DE LA FORMACIÓN

El volumen fue calculado en pies cúbicos así fue relacionado con la

capacidad calorífica y el diferencial de temperatura así se obtuvo obtendrá

la cantidad de calor energía en BTU.

3.2 CÁLCULO DE PÉRDIDAS DE CALOR DURANTE EL

PROCESO DE INYECCIÓN DE VAPOR.

Existen pérdidas de calor que se dan en el generador líneas de superficie y

también tubería, con la información de la temperatura y el uso de tablas se

cuantificaron estas pérdidas para elaborar un correcto funcionamiento al

momento suministrar calor mediante la inyección de vapor.

3.2.1 CÁLCULO DE PÉRDIDAS DE CALOR EN LA TUBERIA

Se definió el diámetro de la tubería en 3 pulgadas para las dimensiones del

pozo el vapor será inyectado a la formación mediante tres tuberías del

mismo diámetro y la longitud será distinta para tener un valor diferente entre

cada una así comparar valores.

Las pedidas en tubería fueron obtenidas de (tabla 4) para la

temperatura que es necesaria de 350°F no hay en dicha tabla

interpolaremos de los valores de 200°F y 400°F con.

Una vez obtenido dicho valor fue multiplicamos por el área interna de

la tubería así tendremos las pérdidas por hora en la tubería.

35

3.2.2 CÁLCULO DE PÉRDIDAS DE CALOR EN LÍNEAS DE SUPERFICIE

El vapor será inyectado a la formación mediante tres tuberías del mismo

diámetro que son de 3 tres pulgadas este será el mismo para las líneas de

superficie.

Las pedidas en tubería fue obtenidas de la tabla 5 para la temperatura

que necesitamos que es de 350°F no hay en dicha tabla

interpolaremos de los valores de 200°F y 400°F.

En la (tabla 5) el diámetro de la tubería viene incluido, al valor

obtenido a 350°F se lo multiplica solo por la longitud.

3.2.3 CÁLCULO DE LA CALIDAD DE VAPOR FRENTE A LA ARENA

PRODUCTORA

Para esta parte asumimos que la calidad de vapor en el generador es 99 %

así que la calidad frente a la arena productora será lo más alta posible

mejorando el método planteado.

3.2.3.1 Propiedades térmicas del vapor

Los siguientes parámetros fueron necesarios para calcular la calidad de

vapor en el fondo el método de sustitución de datos se los calculara para la

presión en el generador de vapor y la presión en el fondo que será menor.

Temperatura de saturación : se calcula con la ecuación [25]

Calor sensible : se calcula con la ecuación [26]

Calor latente : se calcula con la ecuación [28]

Calor total : se calcula con la ecuación [29]

36

Calor en el fondo del pozo : se calcula con la ecuación [29]

De La ecuación 31 se despeja la calidad que su valor es en fracción así que

se lo multiplica por 100 y se obtiene en porcentaje.

3.3 DETERMINAR LA CANTIDAD DE COMBUSTIBLE QUE

DEBE SER UTILIZADO PARA LA GENERACIÓN DE

VAPOR.

La eficiencia de un generador oscila entre 80% y 90% para esto usaremos

una eficiencia promedio de 85% la ecuación a utilizar es la [43] para esto hay

que calcular los siguientes parámetros.

3.3.1 CÁLCULO DEL VALOR CALORIFICO

El valor de densidad del diésel con un °API de 33 debe ser en

para ser

utilizado con la capacidad calorífica.

El valor calorífico del diésel se obtuvo de la tabla en el anexo 2

3.3.2 CÁLCULO DEL CALOR TOTAL

Este calor total es la suma de la cantidad de calor y las pérdidas

generadas esto en

.

3.3.3 CÁLCULO DE LA CANTIDAD DE DIESEL A CONSUMIR

Es la diferencia entre el calor total y el valor calorífico del diésel.

37

3.3.4 CÁLCULO DE LA TASA DE ALIMENTACIÓN DE AGUA Y VAPOR

Con el valor de la cantidad de energía que bebe suministrarse a la formación

y el tipo de combustible se calculó la tasa de inyección de vapor.

√

Es la relación entre caudal de agua y de vapor

Eficiencia térmica del generador

Temperatura de alimentación

Combustible consumido diésel

Valor calorífico del combustible

Presión de descarga del generador

Calidad del vapor

3.3.5 CÁLCULO DEL CALOR TOTAL GANADO POR EL VAPOR

Es el producto de la tasa de alimentación de agua, la densidad del diésel en

y el diferencial de entalpia.

3.4 DISTRIBUCIÓN DEL VAPOR DESDE EL GENERADOR A

LA FORMACIÓN MEDIANTE TRES POZOS.

3.4.1.1 Distribución de flujo de vapor para tres pozos

Se elabora un sistema de ecuaciones con [39] para obtener el flujo a cada

pozo y en la ecuación [38] remplazamos y obtenemos el valor para cada

pozo.

4. ANÁLISIS Y RESULTADOS

38

4 ANÁLISIS Y RESULTADOS

4.1 CÁLCULO DE LA CANTIDAD DE CALOR NECESARIO

PARA ELEVAR LA TEMPERATURA DE LA FORMACIÓN

DE 180°F A 350°F

Generalmente los datos litológicos son proporcionados por estudios de

campo estos son y características del fluido son de un crudos pesados en

esta parte se calcula las propiedades térmicas de fluidos y rocas esto a

condiciones los siguientes parámetros esto a 350 °F.

Tabla 5 Datos proporcionados por estudios de campo

Datos

so 0.8

sw 0.2

°API 17

Ge agua 0.999

viscosidad 20 000 cp

porosidad 0.25

Ti 180 °F

Tf 350 °F

2.4

0.201

𝐵𝑇𝑈

𝑙𝑏 𝐹

𝑔𝑟

𝑐𝑚

𝑔𝑟

𝑐𝑚

39

4.1.1 CALCULAR LAS PROPIEDADES TÉRMICAS DE LA ROCA.

Tabla 6 Propiedades Térmicas De Las Rocas

Roca

PARAMETRO VALOR UNIDADES

149.82

0.201

M 31.31

0.0423

4.1.2 CALCULAR LAS PROPIEDADES TÉRMICAS DEL PETROLEO

Tabla 7 Propiedades Térmicas Del Petróleo

Petróleo

PARAMETRO VALOR UNIDADES

0.953 Adimensional

0.559

1.327

149.83

𝜌𝑟 𝑙𝑏

𝑝𝑖𝑒

𝐶𝑟 𝐵𝑇𝑈

𝑙𝑏 𝐹

𝐵𝑇𝑈

𝑝𝑖𝑒 𝐹

𝛼 𝑝𝑖𝑒

𝐶𝑜 𝐵𝑇𝑈

𝑙𝑏 𝐹

𝑘 𝐵𝑇𝑈

𝒉 𝒑𝒊𝒆 𝑭

𝜌𝑜 𝑎 𝐹 𝑙𝑏

𝑝𝑖𝑒

𝛾𝑜

40

4.1.3 CALCULAR LAS PROPIEDADES TÉRMICAS DEL AGUA

Tabla 8 Propiedades Térmicas Del Agua

Agua

PARAMETRO VALOR UNIDADES

55.61

85.26 Adimensional

1.058

4.1.4 CÁLCULO CALOR NECESARIO Y EL VOLUMEN DE LA

FORMACIÓN.

Tabla 9 Cantidad de energía para formación

Dimensiones Valor unidad

Largo 100 pies

Espesor 40 pies

Profundidad 250 pies

170 °F

Volumen 10 000

M 31.309

Calor necesario BTU

La cantidad de

𝐶𝑤 𝐵𝑇𝑈

𝑙𝑏 𝐹

𝑙𝑏

𝑝𝑖𝑒 𝜌𝑤

41

4.1.5 ANÁLISIS DE LA CANTIDAD DE ENERGÍA

518 MBTU es la cantidad de energía necesaria para que la formación eleve

su temperatura hasta 350° F esta energía se puede obtener mediante un

generador, se debe adiciona la cantidad de calor que se pierde durante el

proceso para que el vapor llegue con una buena calidad la formación. Si se

necesita cambiar a otra temperatura mayor el proceso es el mismo.

4.1.6 CÁLCULO DE LA VISCOSIDAD

El petróleo es muerto, si la temperatura de 350 °F se alcanza se tiene una

viscosidad menor.

Tabla 10 Viscosidad a 350°F

PARAMETRO VALOR

UNIDADES

Ti 180 °F

Tf 350 °F

API a 350 39.39 Adimensional

X 0.1892 Adimensional

Y 172.0 Adimensional

Z 2.236 Adimensional

Uod 0.546 Cp

Uod*p 0.452

4.1.6.1 Análisis de viscosidad

De acuerdo a Alvarado (2002) la viscosidad tiene importancia principal en

este proceso y en el cálculo de esta viscosidad se logró disminuirla al 100%.

42

4.2 CÁLCULO DE LAS PÉRDIDAS DE CALOR

4.2.1 CÁLCULOS DE LA TUBERÍA DESNUDA

Tabla 11 Tubería Desnuda lectura (tabla 3)

Temperatura VALOR PERDIDAS UNIDADES

1 200 540

2 400 1 560

3 350 1 305

Tabla 12 Pérdidas de calor en sub suelo

POZO T TUBERIA DESNUDA RADIO

L (pies) Area Perdidas

F BTU/h-pie2 pies pies pies2 BTU/h

1 350 1305 0.125 164 128.81 168090.91

2 350 1305 0.125 147.6 115.92 151281.82

3 350 1305 0.125 144.32 113.35 147920.01

∑ 467292.74

4.2.2 CÁLCULOS DE PÉRDIDAS EN LÍNEAS DE SUPERFICIE

Tubería con aislamiento de magnesio con temperatura en el aire de 80 ºF

43

Tabla 13 Pérdidas En Líneas De Superficie lectura (tabla 4)

Temperatura VALOR PERDIDAS UNIDADES

1 200 50

2 400 150

3 350 125

Tabla 14 Pérdidas de calor en superficie

POZO T Perdidas de calor

L (pies) RADIO Perdidas

N° °F

m pies pies

1 350 125 40 131.2 0.125 16 400.00

2 350 125 35 114.8 0.125 14 350.00

3 350 125 30 98.4 0.125 12 300.00

43 050.00

4.2.3 ANÁLISIS DE PÉRDIDA DE CALOR.

Cuando se realizó el cálculo con tubería desnuda se tiene pérdidas de

y con tubería con revestimiento las pérdidas son de

la diferencia entre estas es

.

44

Es grande la diferencia entre la tubería desnuda y la tubería con

revestimiento. En un año el costo será 87 052. 17 Dólares.

4.2.4 CÁLCULOS DE LA CALIDAD DEL VAPOR FRENTE A LA ARENA

PRODUCTORA

Asumiremos que la perdida de serán del 10%

Datos

X 0.9 Ps 700 lpca

Pf 600 lpca

PERDIDAS 0.1

Tabla 15 Vapor en superficie

PARÁMETRO VALOR UNIDAD

TS 503.01 F

HS 1 201.96

Hw 491.94

Lv 710.01

Hws 1 130.95

4.2.4.1 Pérdidas de calor

Es el producto de calor total por las pérdidas de calor.

45

4.2.4.2 Calor en el fondo del pozo

Es la diferencia del calor total y las pérdidas

.

Se repitió el proceso pero ahora para la presión el fondo que es = 600

4.2.4.3 Calidad del vapor frente a la arena productora

Tabla 16 Vapor frente a la arena productora

PARÁMETRO VALOR UNIDAD

Ts 486.02

F

Hs 1 203.65

Hw 470.65

Lv 732.71

X 0.50 Fracción

4.2.5 ANÁLISIS DE LA CÁLIDAD DE VAPOR EN EL FONDO

Con una caída de presión de 100 lpca la disminución de la calidad de vapor

disminuye a la mitad, según Alvarado (2002) mientras menor sea la

disminución de la presión se puede mantener las perdidas bajas así el

proceso será más eficiente y menor será la cantidad de inyección de vapor.

46

4.3 SE DETERMINÓ LA CANTIDAD DE COMBUSTIBLE QUE

DEBE SER UTILIZADO PARA LA GENERACIÓN DE

VAPOR.

La eficiencia de un generador oscila entre 80% y 90% para este sistema se

utilizara una eficiencia promedio de 85% la ecuación a utilizar es la 43 para

esto hay que calcular lo siguiente.

4.3.1 CÁLCULO DEL VALOR CALORIFICO DEL DIÉSEL

Tabla 17 valor calórico del diésel

4.3.2 CÁLCULO DEL CALOR TOTAL

4.3.3 CÁLCULO DE LA CANTIDAD DE DIESEL A CONSUMIR

PARAMETROS VALOR UNIDAD

°API 33 Adimensional

DIESEL UNIDADES

91.88 BBL/D

3 858.95 galones /día

47

Entalpia del vapor con una presión en superficie de 700 que tenemos

anteriormente y ahora con una calidad de 90%.

Para esto usaremos cálculos realizados anteriormente

Tabla 18 Entalpía ganada por el vapor

PARÁMETRO VALOR UNIDAD

TS 503.01 F

HS 1 201.96

Hw 491.94

Lv 710.014

Hws 1 130.95

1.0

4.3.4 CÁLCULO DE TASA DE ALIMENTACIÓN DE AGUA Y VAPOR

4.3.5 CÁLCULO CALOR TOTAL GANADO POR EL VAPOR

La eficiencia térmica del generador es la diferencia entre el calor total

ganado por el vapor y el calor total.

48

4.3.6 ANÁLISIS DE LA CANTIDAD DE DIÉSEL.

En los generadores la utilización de diésel es muy común debido a que su

valor calórico es alto y su costo bajos en relación con otros combustibles el

valor que resulto es de

se realizó una lectura datos en

línea esta aproximan mente a un 1.03 dólares el galón según datos en línea,

es un buen resultado si se considera aplicar el método.

4.3.7 CÁLCULOS DEL PETRÓLEO IN SITU

Tabla 19 Petróleo In Situ

Parámetro Valor Unidad

4.3.8 CALCULO DE PETRÓLEO RESIDUAL.

Tabla 20 Petróleo residual

Parámetro Valor Unidad

Tiempo 30 D

h 7.62 m

0.28%

49

4.4 DISTRIBUCIÓN DE FLUJO DE VAPOR PARA TRES

POZOS

Tabla 21 Distribución de flujo de vapor para cada pozo

pulg de agua

lpca

lb/D

%

180 P1 620 W1 3 524.14

34.6

150 P2 670 W2 3 713.66

34.4

160 P3 680 W3 3 569.20

33

Wt 10 806.99

100

4.4.1 ANÁLISIS DE LA DISTRIBUCIÓN DE VAPOR

Con esta parte se implementó inyección de vapor de

mediante tres pozos, como se mencionó una correcta

distribución de facilidades será ideal para reducir las pérdidas de calor y una

correcta distribución durante la inyección de vapor, en la tabla se observa

que el vapor será distribuido de igual manera a los tres pozos teniendo así

una distribución eficiente que fue el objetivo del trabajo.

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

CONCLUSIONES

La cantidad de energía que se debe suministrar a la formación fue=

518 MBTU

La cantidad de vapor inyectado por día es

para esto la

cantidad de diésel a consumir es de 91,88 BBL/D

La cantidad de vapor fue

la cual fue

distribuida mediante tres pozos , y

Con el método que es un valor que da excelentes

resultados en recuperación.

Las facilidades en superficie deben tener un diseño eficiente el vapor

es transportado del generador al cabezal del pozo la distancia debe

ser de hasta 100 pies caso contrario las consideraciones de diseño se

multiplican.

En inyección de vapor una correcta planeación de distancia y uso de

tubería adecuada puedes mejorar la eficiencia.

RECOMENDACIONES

Para la utilización de este método es posible la utilización de otros

combustibles como el gas natural cambiando el poder calorífico en el

proceso.

Utilizar mecanismos de control durante el proceso como el splitigator.

Utilizar generadores de vapor cuya eficiencia sea de más de 85%

para mejores resultados.

BIBLIOGRAFÍA

51

BIBLIOGRAFÍA

http://es.globalpetrolprices.com/. (24 de 10 de 2016). Obtenido de

http://es.globalpetrolprices.com/diesel_prices/

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Valdiviezo, L. (1985). Recuperacin de crudos´pesados y su aplicacion al

campo Araujo. Quito.

ANEXOS

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ANEXOS

ANEXO 1

Precio del diésel

(http://es.globalpetrolprices.com/, 2016)

53

ANEXO 2

Tabla de poder Calorífico de algunos combustibles

(http://www.antoniolima.web.br.com/, 2016)