REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL
EXPERIMENTAL POLITCNICADE LA FUERZA ARMADA NACIONALNCLEO
ANZOTEGUISAN TOME
INYECCION CONTINUA DE VAPOR
FACILITADORA: Ing. Johana Mendoza BACHILLERES: Ravello Laurys
23.536.434 Jimnez Alejandra 23.536.458 Molina Cesar
24.492.367.Andrs Villarroel Isimar Rojas 7moSemestre D-04 Ing.
Petrleo.
San tome, febrero de 2015RECUPERACIN TRMICA: Se define como el
proceso por el cual intencionalmente se introduce calor dentro de
las acumulaciones subterrneas de compuestos orgnicos con el
propsito de producir combustible por medio de los pozos. En el caso
de petrleos viscosos los cuales actualmente son los de mayor inters
para la aplicacin de estos procesos, se utiliza calor para mejorar
la eficiencia del desplazamiento y de la extraccin.
INYECCIN DE VAPOREs un proceso mediante el cual se suministra
energa trmica al yacimiento inyectando vapor de agua. El proceso de
inyeccin puede ser continuo o alternado. En la inyeccin continua de
vapor el vapor es inyectado a travs de un cierto nmero de pozos,
mientras el petrleo es producido a travs de pozos adyacentes. Los
principales mecanismos que contribuyen al desplazamiento de petrleo
de este tipo de proceso son: la expansin trmica de fluidos del
yacimiento, la reduccin de la viscosidad del petrleo y la
destilacin con vapor. Uno de los procesos de inyeccin de vapor ms
utilizados en la actualidad es el de la inyeccin alternada de
vapor. Esta tcnica consiste en inyectar vapor a una formacin
productora a travs de un pozo productor por un periodo determinado,
luego del cual es pozo es cerrado con un tiempo. Despus de esto el
pozo es puesto nuevamente es produccin.La inyeccin continua de
vapor comienza entre los aos 1931-1932 cuando se inyecto vapor por
235 das en una arena de 18 pies de espesor, a una profundidad de
380 pies en la parcela Wilson y Swain cerca de Wodson, Texas EE.UU.
los primeros proyectos de inyeccin continua de vapor en gran escala
se realizaron en Holanda y Ta Juana estado Zulia Venezuela. La
inyeccin alternada de vapor se descubri accidentalmente en 1959
durante la prueba piloto de inyeccin continua de vapor que se
estaba llevando a cabo en el estado Zulia Venezuela.
MECANISMOS DE RECUPERACION EN INYECCION CONTINUA DEVAPORCuando
se inyecta vapor en forma continua en una formacin petrolfera, el
petrleo es producido por causa de tres mecanismos bsicos:
destilacin por vapor, reduccin de la viscosidad y expansin trmica,
siendo la destilacin por vapor el ms importante. Otros fenmenos que
contribuyen a la recuperacin de petrleo son la extraccin con
solventes, empuje por gas en solucin y desplazamientos miscibles
por efectos de la destilacin por vapor. Las magnitudes relativas de
cada uno de estos efectos dependen de las propiedades del petrleo y
del medio poroso en particular.Los mecanismos de recuperacin por
inyeccin continua de vapor pueden visualizarse considerando
inyeccin de vapor en un medio poroso suficientemente largo,
inicialmente saturado con petrleo y agua connata.En la zona de
vapor, el efecto predominante es la destilacin con vapor. Este
fenmeno bsicamente consiste en la destilacin por el vapor de los
componentes relativamente livianos del petrleo no desplazado por
las zonas de agua fra y caliente, los cuales se caracterizan por
una alta presin de vapor. La presencia de la fase gaseosa y la alta
temperatura originan la vaporizacin de los componentes livianos,
los cuales son transportados hacia delante por el vapor, hasta que
se condensan en la porcin ms fra del yacimiento. La recuperacin por
la destilacin con vapor depende de la composicin del petrleo
envuelto, y puede alcanzar hasta el 20% del petrleo en situ.Otro
mecanismo que opera en la zona de vapor es el empuje por gas en
solucin ya que el vapor es una fase gaseosa. La recuperacin por
este factor puede ser del orden del 3% de la recuperacin total.
CALCULO DE LA RECUPERACION DE PETROLEO POR INYECCION CONTINUA DE
VAPOR
La forma ms simple de estimar la recuperacin de petrleo en
inyeccin contnua de vapor, es ignorando la recuperacin de petrleo
de las zonas de agua fra y caliente (o sea, basando la recuperacin
solamente en la saturacin de petrleo residual, Sorst, en la zona de
vapor, la cual se encuentra aproximadamente a una temperatura
constante, Ts). Este procedimiento puede resultar satisfactorio en
yacimientos previamente inundados con agua hasta el lmite
econmico.
El procedimiento bsicamente consiste en determinar el volumen de
la zona de vapor para una serie de tiempos, y luego calcular la
recuperacin de petrleo en base a la suposicin que la saturacin de
petrleo en la zona barrida por el vapor que se reduce desde un
valor inicial, Soi, hasta un valor residual, Sorst.
El volumen de la zona de vapor puede determinarse en funcin del
tiempo, utilizando algn modelo para el calentamiento de la formacin
como el propuesto por Marx y Langenheim Mandl y Volek. As, si el
volumen de la zona de vapor a cualquier tiempo t, es Vs, pie,
entonces el petrleo total recuperado en BN, viene dado por:
Donde:
NP: petrleo total recuperado de la zona de vapor, BN.VS: volumen
de la zona de vapor, pie.EC: factor de captura (fraccin de petrleo
- desplazado de la zona de vapor- que se produce), fraccin.hn :
espesor neto de la formacin, pies.ht : espesor total de la
formacin, pies.: porosidad de la formacin, pies.Soi: saturacin
inicial de petrleo, fraccin.Sorst: saturacin residual de petrleo en
la zona de vapor, fraccin.
De manera anloga, el volumen de la zona de vapor Vs, pie3, del
modelo propuesto por Marx y Langenheim viene dada por:
De manera anloga, el volumen de la zona de vapor Vs, del modelo
propuesto por Mandl y Volek tomando en cuenta el tiempo crtico
viene dada por:
Donde:
F3: es una funcin del tiempo adimensional.Mob: la capacidad
calorficas de las capas supra y subyacentes.Tr: temperatura del
yacimiento.Ts: temperatura de saturacin o vapor.Qi: Tasa de
inyeccin.
Para el clculo del volumen de la zona de vapor, se debe tener en
cuenta que: si el tiempo es menor que el tiempo crtico, la solucin
dada por Marx y Langenheim permanece vlida, pero si el tiempo es
mayor que el tiempo crtico, la solucin dada por Mandl y Volek debe
ser usada. As el volumen de la zona de vapor para las condiciones
anteriores ser:
Una cifra indicativa del xito de la inyeccin contina de vapor y
que cambia lentamente con el tiempo durante un proyecto, es la
relacin del volumen de petrleo desplazado de la zona de vapor con
respecto al volumen de agua inyectada como vapor. Esta cifra se
conoce como la razn petrleo/vapor acumulada, y viene dada por:
Donde:
MTODO DE MYHILL Y STEGEMEIER:Myhill y Stegemeier, presentan un
modelo matemtico basado sobre un balance de energa para predecir la
recuperacin de petrleo y la razn petrleo/vapor en un proceso de
inyeccin continua de vapor. El procedimiento de clculo para estimar
la recuperacin de petrleo es igual al procedimiento anteriormente
presentado, solo que la funcin F3 de Mandl y Volek1 es ligeramente
modificada para considerar los trminos de mayor orden despreciados
por stos autores. La funcin F4 de Myhill y Stegemeier viene dada
por:
La razn petrleo/vapor, FOS, viene dada por la siguiente
ecuacin:
MTODO DE GOMAA:Gomaa presenta un mtodo grfico simplificado para
estimar la recuperacin de petrleo en inyeccin continua de vapor,
basado sobre correlaciones grficas, desarrolladas para los crudos
pesados de California, utilizando un simulador numrico. Las
caractersticas del yacimiento y las propiedades de los fludos . Es
importante notar que la presin del yacimiento se considera igual a
60 lpca y la temperatura igual a 90 F. En cuanto a la presin de
inyeccin del vapor, sta se fij constante en 200 lpca. MTODO DE
FAIRFIELD:Fairfield, al igual que Gomaa8, presenta tambin un mtodo
grfico (basado en el modelo de Marx y Langenheim6) para estimar la
recuperacin de petrleo. Procedimientos y detalles del mtodo son
dados en la misma referencia. MTODO DE VAN LOOKERENLa prediccin de
la extraccin, a pesar de ser el aspecto ms importante, no es
suficiente para describir el comportamiento total de un proyecto de
campo. La distribucin de vapor dentro del yacimiento es importante
para estimar la inyectibilidad, la irrupcin del calor y del vapor
(lo cual puede tener un impacto en el espaciamiento de los pozos,
la vida del proyecto y el comportamiento de la produccin despus de
la irrupcin del vapor) y la eficiencia global de la extraccin. Unos
de los aspectos ms importantes con respecto a la distribucin del
vapor dentro del yacimiento, es la localizacin de la zona de vapor
dentro de la extensin vertical del mismo. Se conoce por estudios de
campo y de laboratorio que el vapor sube hacia el tope del
intervalo donde exista una adecuada comunicacin vertical, tomada de
Blevins et al, presenta un ejemplo de cmo el vapor sube
considerablemente por encima del intervalo de inyeccin. Este
ascenso se debe simplemente al efecto de las fuerzas de flotacin y
al grado de rebasamiento por gravedad del vapor que se espera
debera ser correlacionable con la relacin entre las fuerzas de
gravedad y las fuerzas horizontales viscosas.
Comparacin del anlisis de ncleos de dos pozos, a 150 pies uno de
otro
Las ecuaciones ms importantes derivadas por van Lookeren son las
siguientes:
Dnde:Esv : eficiencia vertical de barrido del vapor,
adimensionalhst : espesor promedio de la formacin barrida por el
vapor, piesht : espesor total de la formacin, piesAr : factor de
conformacin vertical, adimensional El factor de conformacin
vertical (vertical conformance factor), viene dado por
Donde:st : viscosidad del vapor seco y saturado, cpst : densidad
del vapor seco y saturado, lbs/pie3o : densidad del petrleo a 60 FX
: calidad del vapor, fraccinist : tasa de inyeccin de vapor
(equivalente de agua), B/Dkst : permeabilidad de la zona barrida
por el vapor, darcy
De acuerdo a la teora de van Lookeren18, la eficiencia vertical
de barrido disminuye cuando la tasa de inyeccin disminuye o la
presin de inyeccin aumenta, o el espesor de la formacin aumenta.
Aparte del mtodo de van Lookeren, el otro nico mtodo publicado para
estimar la seccin vertical de la zona de vapor es el de Neuman.
OTROS MODELOS PARA CALCULAR LA RECUPERACION DE PETROLEO EN LA
INYECCION CONTINUA DE VAPORAdems de los mtodos antes presentados,
existen otros modelos ms completos para predecir el comportamiento
de un yacimiento sometido a inyeccin continua de vapor. Entre ellos
cabe mencionar los siguientes: MODELO DE DAVIES, SILBERBERG Y
CAUDLEEs un modelo completo de simulacin trmica numrica. En l se
utilizan tubos de corriente que son idealizados mediante canales de
lados rectos convergentes y divergentes, a los cuales se aplica el
clculo del desplazamiento primeramente hecho por William et al.
MODELOS DE SHUTLERSon modelos numricos para tres fases en una y
dos dimensiones, respectivamente. Las ecuaciones de flujo para
petrleo, gas y agua se resuelven simultneamente, mientras que la
ecuacin de energa se resuelve separadamente. MODELO DE ABDALLA Y
COATSEs un modelo numrico para tres fases (petrleo, agua y vapor)
en dos dimensiones; similar al de Shutler pero utilizando una
tcnica de solucin diferente. El modelo no considera efectos de
destilacin por vapor.
MODELO DE VINSOMEEs bsicamente el modelo de Abdalla y Coats,
modificando la tcnica de solucin con el propsito de hacerla ms
estable. MODELO DE COATS, GEORGE, CHU Y MARCUMEs un modelo
tridimensional, trifsico (petrleo, agua y vapor), en el cual se
resuelven simultneamente las ecuaciones de flujo de energa. El
modelo no considera efectos de destilacin del petrleo. MODELO DE
COATSEs un modelo tridimensional, trifsico (petrleo, agua y vapor)
que toma en cuenta la destilacin por vapor, el gas en solucin y la
permeabilidad relativa dependiente de la temperatura. MODELO DE
RINCN, DIAZ MUOZ, Y FAROUQ ALISe fundamenta bsicamente en el modelo
de Higgins y Leighton originalmente desarrollado para inyeccin de
agua convencional y modificado para el caso de inyeccin continua de
vapor. El calentamiento de la formacin y las prdidas de calor hacia
las capas supr y subyacentes en cada uno de los canales en los
cuales se divide el arreglo, se calculan en base al modelo de Marx
y Langenheim. MODELO DE FERRER Y FAROUQ ALIBasado en los mismos
principios del modelo de Coats29, Ferrer y Farouq Ali desarrollaron
un modelo composicional, tridimensional y trifsico del proceso de
inyeccin de vapor.
CRITERIOS DE DISEO PARA LA INYECCION CONTINUA DE VAPOREn base a
experiencias de campo y a estudios tericos experimentales, se
pueden delinear algunos criterios generales para el diseo de
proyectos de inyeccin contnua de vapor. Algunos de ellos son los
siguientes:El contenido de petrleo en sitio es conveniente que sea
del orden de 1.200 a 1.700 Bl acre pie/ con el fin de que el
proyecto resulte econmicamente exitoso. La gravedad del petrleo es
adecuada en el rango de 12 25 API, aunque se han desarrollado
proyectos en yacimientos con crudos de hasta 45 API.La viscosidad
del petrleo a temperatura del yacimiento debe ser menor a 1.000
cp.El espesor de la formacin debe ser mayor de 30 pies con el fn de
reducir las prdidas de calor hacia las formaciones adyacentes.La
profundidad de la formacin debe ser inferior a 3.000 pies, con el
objeto de mantener moderadamente alta la calidad del vapor que
llega a la formacin.
