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8/6/2019 Combustion Insitu Mustoni
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Experiencias en la implementacinde proyectos de combustin in-situ
3 Congreso de Produccin IAPG
Mendoza, Septiembre 21 de 2006
Jorge L. Mustoni
Pan American Energy
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Experiencias en la implementacin de proyectosde combustin in-situ
Contenido:
Introduccin.
Ventajas del proceso de ISC.
Aspectos negativos.
Aplicaciones exitosas.
Aspectos prcticos del diseo.
Evaluacin econmica
Conclusiones
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Inyeccin de aire para combustin in-situ
Saturation
Burned Zone Condensation ZoneOil
BankWater
Bank
Unswept
Zone
Evaporation ZoneCombustion Zone
Tem
perature
Formation Temperature
Steam Plateau
Air Steam Combustion GasWater
Oil
El proceso de combustinincluye los mecanismos de:
Intercambio de masa,
Intercambio de energa,Reacciones qumicas, y
Otros procesos fsicos como:
arrastre del flue gas (CO2 y N2)
generado, presurizacin,
hinchamiento.
Requisitos para establecer el proceso de manera apropiada:
El petrleo debe ser suficientemente reactivo (ARC),
El depsito de combustible y el flujo de aire deben estar en una determinada relacin que
asegure la estabilidad dinmica (Combustion Tube).Como cualquier proceso de inyec. de gas, debe controlarse la eficiencia de barrido (conformance).
Los reservorios de escaso espesor (
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Ventajas de la ISC
El aire esta siempre disponible y puede inyectarse aun en zonas donde es imposiblehacerlo con agua o gas.
Se puede usar como mtodo de desplazamiento mediante la propagacin de la zona dereaccin o, en cambio, para generar flue gas (CO2 y N2) y favorecer el drenajegravitacional.
La mayor eficiencia del proceso se obtiene con petrleos en los que se logra establecer elrgimen de reacciones bond scission; esto ocurre tanto en petrleos livianos, medianos
y tambien, con algunos requisitos, en crudos pesados.
ISC es aplicable para un alto rango de petrleos y gran variabilidad de reservorios:
10-20 API a 500 m hasta > 30 API a 3000 m,
Aunque su uso se indica para capas de escaso espesor (3-13 m), se aplic exitosamente en
capas de hasta 46 m (nuevo desarrollo THAI),
La presin del reservorio al comienzo del proceso, no afecta la eficiencia del mismo,
La perm. de la roca, tiene un mnimo efecto sobre el proceso (rango aplicado: 5 mD a 10 D)
Tiene una elevada eficiencia de desplazamiento (a escala poral), cuando la cintica de la
reaccin de oxidacin est en el modo correcto de operacin (bond scission).
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Ventajas de la ISC (Cont.)
Adems de la alta eficiciencia de recuperacin, es ms rapido que otros mtodos,especialmente comparado con respecto a recuperacin secundaria.
Mayor eficiencia que al gas natural para el mantenimiento de presin, dada sucaracterstica de menor compresibilidad y solubilidad.
Despus del abandono el reservorio queda ocupado por un gas sin valor comercial.
Con respecto a las emisiones de CO2, y an cuando pueda suponerse lo contrario, si secalcula en trminos del volumen de CO2 generado por unidad de petrleo recuperado, esinferior a otros mtodos de recuperacin mejorada. Por otro lado, el flue gas generadopuede ser reutilizado via secuestro/captura del CO2.
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Aspectos negativos del proceso
Por qu la inyeccin de aire no ha sido utilizada en forma
extensiva?
Alto costo de inversin en la planta compresora y elevado gasto de
mantenimiento.
Falta de confianza en el proceso por la informacin del amplio rango de
resultados en la aplicacin, entre los xitos y fracasos.
Frecuentemente, su aplicacin se decidi como ltimo recurso; esto es,
cuando ningn otro mtodo era viable (resevorios altamente complejos en
estratigrafa, petrofsica y otras condiciones desfavorables).
Diseo inapropiado de la capacidad de inyeccin para el tipo de reservorio a
ser tratado; Nelson y McNeil aportaron importantes conceptos sobre el flujo de
aire necesario para mantener la estabilidad del frente de combustin.
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La mayora de los fracasos provienen por su aplicacin
en el reservorio inapropiado y/o por falta de control del
proceso:
Ha existido el error conceptual de que el proceso de ISC es un mtodo
trmico de recuperacin asistida, y que el principal, o casi exclusivo,
mecanismo es la reduccin de la viscosidad por incremento de latemperatura, en resevorios con petrleo viscoso.
Calidad pobre de la reaccin de combustin: no se logra la auto ignicin o
hay discontinuidad, o poca extensin, entre las reacciones LTO y HTO.
Efecto negativo por segregacin gravitacional y/o gas overriding.
Canalizacin debido a la gran heterogeneidad del reservorio.
Desfavorable relacin de movilidad entre el gas y el petrleo movilizado
hacia la zona fra.
Aspectos negativos del proceso
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Algunas aplicaciones exitosas
Project name
29
1.9
(6.5%)
2.58.6%
15.1
24
Dev. Cost, $/boe 3.3
34
MPHU BRRU WH
200
Battrum
Nov., 1965Nov., 1994
WBRRU
Ene., 1988
30 (15%)
2.22.6
2.912.1%
39 (19 %)
5.4Opex, $/boe
Ultimate Recovery, % 29.2
Ene., 1986 Sep., 1978
6 (15%) 2.2 (6%)
40 37
5.815.6%
21.6
Est. Primary, MMSTB
Increm.by air inj., MMSTB
OOIP, MMSTB
Start-up date
5.714.2%
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WBBRRUWBRRUNombre del Area
Waterfloo
ding
Combusti
n in-situ
Modelo de explotacin despues de
de la deplecin primaria
32 API, pres de pb= 300
psig, GOR=173 SCF/STB,
FVF= 1.174 RB/STB, visc.=2.4 cp
Similares propiedades del fludo
2129OOIP, MMSTB
35793600Presin inicial de reservorio, psi
210215Temperatura promedio de res., F
4051Saturacin inicial de agua, %
18 % y 10 mdPorosidad y permeabilidad
promedio
25452560Profundidad, m
34005000Superficie del yac., Ac.
Dolomita includa en
limestone y anhydrite
Formacin: Red River; con trampa
stratigrfica
Algunas aplicaciones exitosasWaterflooding and air injection performance comparison (SPE 99454)
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Algunas aplicaciones exitosasWaterflooding and air injection performance comparison (SPE 99454)
Conclusiones:
El proyecto de ISC fue ms exitoso que el de secundaria, esto entrminos de incremento de recuperacin, velocidad de respuesta yproduccin.
La produccin incremental acum. al 31de Dic. 2005 es 1.8 mmbo, conuna inyeccin de aire acum. de 22.3 Bcf. Esto resulta en un promediode inyec de 12 Mscf por bbl de petrleo recuperado.
En el caso del proyecto WF, la prod. Increm. acum. al 31 de Dic. de2005 es 1.0 mmbo, con una inyec. de aire acum. de 5.3 mmbw. Estoresulta en un prom de inyec. de 5 bw por bbl de petrleo recuperado.
Aunque la rec final estim es similar para ambos procesos, la velocidades mayor para el proyecto de ISC. Sin embargo, la seleccin final decual de los dos conviene aplicar, depende de la eval. econmica.8.812.8Recuperacin, % POIS
1.01.8Pet. Incremental Acum., MMstb
18003700Petrleo Acum., Mstb
0.30.8Vol. Poral inyectado
5.322.3Inyec. Acum., bcf, MMsb
11401150Caudal actual de inyec., Mscfd/bwpd
7/710/5Prods/Inyecs
Ene., 95Ene.,90Fecha
402498Caudal pico de petrleo, bopd
01/01/88Comienzo de la inyeccin
ISC WF
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Algunas aplicaciones exitosas
Medicine Pole Hill Unit (N. Dakota)
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
Ene-70
Ene-72
Ene-74
Ene-76
Ene-78
Ene-80
Ene-82
Ene-84
Ene-86
Ene-88
Ene-90
Ene-92
Ene-94
Ene-96
Ene-98
Ene-00
Ene-02
Ene-04
Ene-06
Ene-08
BOPD
0
5
10
15
20
25
30
MMCFPD
AIR
bopd MMcfpd
Increm. by air inj. = 6 MMSTB (14%)
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Mobil Oil Canada
Battrum Air Injection Project (18 API)
0
2000
4000
6000
8000
10000
Ene-
54
Ene-
58
Ene-
62
Ene-
66
Ene-
70
Ene-
74
Ene-
78
Ene-
82
Ene-
86
Ene-
90
Ene-
94
Ene-
98
Ene-
02
bop
d
0
6000
12000
18000
24000
30000
Mcfpd
air
bopd MMscfpd
Algunas aplicaciones exitosas
Increm. by air inj. = 39 MMSTB (19%)
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Algunas aplicaciones exitosas
PAE's Air Injection Pilot, C. Grande FieldAverage Daily Oil Production for 7 Producers
Air inj started 11/98, one injec down s ince 6/99
10
100
1000
D-95 D-96 D-97 D-98 D-99 D-00 D-01 D-02 D-03 D-04 D-05
m3pd,Mm
3gpd
70%
80%
90%
100%
Petrleo Agua Gas (comb + HC) Porc. de agua
cierre definitivo
inyeccin (Abr 00)
?
CAADON GRANDE FIELD - CG II W BLOCK - ZONE: P-5aOIL COMP by SIMULATED DISTILLED
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
C3 n-C5 n-C7 n-C9 n-C11 n-C13 n-C15 n-C17 n-C19 n-C21 n-C23 n-C25 n-C27 n-C29
Component hydrocarbon ( Cn)
W
eight/we
ight(%
)
PCG-003PCG-016PCG-063PCG-138PCG-264
PCG-710PCG-801
PCG-810
La respuesta de petrleo no fue evidente Sin embargo, el petrleo obtenido tena
una composicin modificada por la
reaccin de combustin.
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Aspectos prcticos a considerar en eldiseo del piloto 1/8
Debe pertenecer a una porcin representativa del yacimiento
al que potencialmente se escalar,
La compartimentalizacin mejora la interpretabilidad de losresultados,
Tipo de proceso (desplazamiento horizontal vs drenajegravitacional),
Geometra de malla vs desplazamiento lineal,
Espaciamiento; se deben evaluar aspectos como: tiempo derespuesta, tiempo de residencia, prdida de calor, relacinentre las fuerzas de flotacin y las viscosas.
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Disponibilidad de pozos y otras instalaciones de superficie,
Diseo de pozo inyector:
Pozos existentes (conversin) vs perforacin (diseo apropiadoconsiderando los efectos de la temperatura).
Instalacin de inyeccin de fondo: control de la distribucin(BP, PKR, limited entry, tap selec, mandriles) prevenir prdidasde tubing (conexiones especiales, revestimiento, espacio anularlleno y permanentemente monitoreado.
Cabeza de pozo: con sistema de inyeccin dual, medidores decaudal y temperatura, scrubber, filtro y vlvulas de control.
Aspectos prcticos a considerar en eldiseo del piloto 2/8
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Para la primera etapa del proyecto se debe disponer de
un sistema de purga (agua o N2) para cargar al pozoinyector automticamente cuando el compresor se para.
Instalacin de fondo en pozos productores debeconsiderar los siguientes aspectos:
Alta relacin gas-lquido: anclas para gas u otros dispositivosseparadores,
Corrosin y erosin: materiales apropiados, inyeccin de
inhibidores, revestimientos protectores,
Alta viscosidad: uso de bombas PCP, varillas de bombeo deltipo hollow, inyeccin de deselmusionante,
Aspectos prcticos a considerar en eldiseo del piloto 3/8
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Alta temperatura (etapa final): uso de refrigerante paraprevenir la prdida de eficiencia en bombas por el bloqueo convapor de agua.
Instalaciones de produccin en superficie:
Equipos de tratamiento convencionales aunque con mayoreficiencia en el manejo de emulsiones (tiempo de residencia,temperatura, agitacin, etc.)
El tratamiento final del gas producido depende de lacomposicin y de las regulaciones internas y externas, perodebe ser previamente recolectado medido y analizado.
El sistema de produccin debe ser tratado diferencialmente delresto del yacimiento.
Aspectos prcticos a considerar en eldiseo del piloto 4/8
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Instalaciones de produccin en superficie:
Gas producido por el proceso:
Positivo:
Con incremento del contenido de lquidos (2-3 galones de
NGL por Mscfd)
Negativo:
Se produce un gradual aumento del N2 que disminuye el podercalorfico y an mezclado puede exceder las impurezasadmitidas.
Las opciones para la disposicin final pueden ser: incineracin,reinyeccin, utilizacin en turbinas, condensacin, etc.)
Aspectos prcticos a considerar en eldiseo del piloto 5/8
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El ciclo de compresin de aire, comparado con el del gas,requiere mayor potencia (HP) y desarrolla mayortemperatura.
Cada etapa de compresin puede ser considerada comouna compresin adiabtica y el gas debe ser enfriado (320a 120 F) antes de entrar a la siguiente.
El aire comprimido es un potente oxidante y debemantenerse separado de cualquier material orgnico quepueda ser oxidado violentamente.
El compresor de aire admite mayor tolerancia leakage.
Compresin de aire: diferencias con el gas HC
Aspectos prcticos a considerar en eldiseo del piloto 6/8
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Tipos de compresores:
Desplazamiento positivo (reciprocante): tienen mayor eficienciamecnica, son flexibles, limitados a 5 MMscfd.
Dinmico (centrfugo): menor mantenimiento y potenciarequerida, menor contaminacin del aire con el lubricante,caudales de 2 a 150 MMscfd.
Tornillo rotativo: es otro tipo de desplazamiento positivo, manejacaudales relativamente altos (2-30 MMscfd) pero desarrollapresiones de solo 200 psi. Se utiliza como etapa previa a losreciprocantes.
Aspectos prcticos a considerar en eldiseo del piloto 7/8
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Otras consideraciones prcticas:
Se debe utilizar lubricante sinttico (alto flash point) encompresores y grasa del mismo tipo en conexiones de caera ytodo elemento que est expuesto a la corriente de aire.
Utilizar trampas para lubricante y agua, tambin vlvulas deretencin.
Es necesario desgrasar la caera antes del comienzo de lainyeccin.
El gas producido debe ser controlado en su contenido de O2(mximo admitido = 5 %).
Aspectos prcticos a considerar en eldiseo del piloto 8/8
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Economa de los proyectos de ISC
Tamao delproyecto
1 M 5-10 M > 10 M
Costo decapital, $/BO 5.5 7 4.5 6 ??
Costooperativo,
$/BO
5 7 5 - 6 ??
Existe
potencialpara la
economa de
escala
20-year Onshore Air Compression(CAPEX+OPEX) per Mscf vs Project Size
0.1
0.2
0.30.4
0.5
0 100 200 300 400 500
MMscf/D
$/Mscf
2,000 psi 6000 psi 4000 psi
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ISC es una tcnica que ha sido extensamente probada y se hanidentificado las causas de los fracasos.
Existen proyectos relativamente pequeos que handemostrado ser econmicos.
La economa puede mejorar por razones de escala.
El conocimiento del mecanismo del proceso y la experienciaoperativa ha reducido el riesgo de aplicacin.
Actualmente existe metodologa disponible para evaluarreservorios candidatos para procesar con ISC.
Hay nuevos desarrollos que permiten aun ser ms optimistasen la eficiencia del proceso (THAI).
Conclusiones
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Back up material
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THAI (Toe-To-Heel Air Injection)
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Canada is 3rd largest producer of natural gas
9th largest producer of crude oil
Conventional crude oil potential resources: 60 billion bbls with 4 billion ofproven resserves
Bitumen and heavy oil resources: 3 trillion (10**12) bbls with 175 billion bblsof proven reserves
Proven natural gas reserves of 162 Tcf
World's Largest Oil Reserves
223539
6077
9299
115126
179
259
0 50 100 150 200 250 300
billion bbls
USANigeria
LibyaRussia
VenezuelaAbu Dhabi
KuwaitIraqIran
CanadaS Arabia
World's Largest Oil Reserves
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