INYECCIÓN CÍCLICA DE VAPOR ASIGNATURA: RECUPERACIÓN MEJORADA DE PETRÓLEO 8VO SEMESTRE DE INGENIERÍA EN PETRÓLEOS AUTORES: RICARDO TOMALÁ ALEX – VILLAGOMEZ PADILLA MARCELO PROFESOR: ING. RAUL MOGNER

RESEÑA HISTORICA En el año 1959, Shell inició el proceso de estimulación de vapor por accidente en Venezuela, durante la producción de crudo pesado en una inyección continua de vapor en el campo Mene Grande, cerca de la costa oriental del Lago de Maracaibo. Durante la inyección, ocurrió la irrupción de vapor en la superficie, y para reducir la presión de vapor en el yacimiento se dejó que el pozo inyector fluyera en reverso. Resultó que enormes volúmenes de petróleo se produjeran. A partir de este hallazgo se diseñó el proceso de estimulación por Inyección Alternada de Vapor (IAV), también llamada “steamsoak” o “huff and puff”. Desde entonces, se han desarrollado varios modelos matemáticos que describen el fenómeno. Estos comprenden desde complejas simulaciones numéricas hasta simples expresiones analíticas.

LA INYECCIÓN CÍCLICA DE VAPOR La Inyección Cíclica de vapor (conocida también como, remojo con vapor, inyección alterna con vapor y estimulación con vapor), es uno de los pocos métodos que se saben que son efectivos en la recuperación de crudos pesado. Básicamente consiste en inyectar vapor en un pozo durante un tiempo determinado, generalmente de 1 a 3 semanas, cerrar el pozo por corto periodo de tiempo, normalmente de 3 a 5 días, y luego ponerlo de nuevo en producción. El pozo producirá durante una tasa aumentada durante un cierto tiempo, que generalmente puede ser del orden de los 4 a 6 meses y luego declinara. Ciclos adicionales pueden realizarse de una manera similar, sin embargo el petróleo recuperado durante tales ciclos será cada vez menor. Aunque se han reportado casos de hasta 22 ciclos, se duda que más de 3 ciclos resulten comercialmente atractivos. Básicamente se trata de un proceso de estimulación usualmente utilizados para petróleos pesados (8-15 °API) también puede utilizarse para yacimientos de otros tipos de crudos.

MECANISMOS DE RECUPERACIÓN EN INYECCIÓN CÍCLICA DE VAPOR. El mecanismo principal que hace el proceso de inyección cíclica de vapor efectivo, varía de un yacimiento a otro. En general puede considerarse dos casos extremos: yacimientos con presión moderadamente alta y yacimientos con presión inicial cercana a cero, como lo es generalmente, el caso de yacimiento de crudo pesado este es el mecanismo principal que hace que el petróleo se produzca.

Por lo general la inyección cíclica de vapor no es más que la inyección de vapor a una taza bastante alta (para minimizar las pérdidas de calor) por varias semanas. Después de inyectar el volumen deseado de vapor el pozo se cierra aproximadamente por dos semanas. Esto es llamado el periodo de remojo (“soakperiod”) y el propósito es promover una condensación parcial de todo el vapor inyectado para calentar la roca y los fluidos, así como también para permitir una distribución uniforme de calor. Durante la inyección de vapor y los periodos de remojo, la viscosidad del petróleo es disminuida dentro de la zona de vapor, ocurriendo expansión térmica de petróleo y agua. Antes de poner el pozo en producción, la arena calentada por el vapor contiene petróleo con alta movilidad, vapor y agua. Cuando la presión de la cara de arena es disminuida como resultado de la producción de los fluidos, uno o varios mecanismos ayudan a expeler el petróleo y los otros fluidos al pozo. Si la presión es bastante alta, el petróleo será producido a una taza mucho mayor que la original como resultado del aumento de la movilidad del petróleo. Debido a la presurización de la arena, cualquier gas libre es forzado en solución, así, el gas disuelto en el petróleo durante el periodo de producción juega un papel importante en la expulsión del petróleo. Esta fuerza expulsiva debido al gas en solución, será relativamente efectiva en el en primer ciclo ya que para el segundo ciclo, ya mucho de este gas puede haber sido producido.

Una vez lograda la mejora en la movilidad, la fuerza expulsiva que hace que el petróleo fluya hacia el hoyo del pozo puede ser unas de las siguientes: 1. Presión del yacimiento en caso de que exista 2. Drenaje por gravedad 3. Compactación de La roca yacimiento 4. Vapor no condensado Otros factores que contribuyen a la recuperación del petróleo en inyección cíclica de vapor son:  La combustión térmica del petróleo.  El efecto de las temperaturas sobre las permeabilidades relativas.  Efecto del calentamiento más allá de la zona contactada por el vapor.  La compactación de la roca yacimiento de caso de existir.

Calculo De La Recuperación De Petróleo En Inyección Cíclica De Vapor. Existen varios modelos matemáticos para predecir el comportamiento de un pozo sometido a inyección cíclica de vapor. Cada uno de estos modelos se basa en una u otros posibles mecanismos que hacen que el pozo produzca luego de la inyección. La manera más simple de calcular el recobro del petróleo mediante la estimulación con vapor, consisten calcular el radio calentado para una determinada tasa de inyección, calidad y presión del vapor, espesor de la formación y propiedades de las rocas y de los fluido, utilizando algún modelo matemático para el calentamiento de la formación y luego suponer que ocurre flujo radial a través de un sistema radial compuesto de sus elementos de flujo de serie. El primer elemento de flujo se extiende desde el radio del pozo (r w ) hasta el radio calentado por el vapor (r h ), y la viscosidad del petróleo (uh), la viscosidad del petróleo a la temperatura del vapor en la zona calentada, el otro elemento de flujo se extiende desde radio calentado hasta el radio del drenaje del pozo, y la viscosidad del petróleo existente en ella es la viscosidad del petróleo y la temperatura original del yacimiento.

Así considerando condiciones de flujo radial (espesor uniforme, presión constante Pe en el radio externo r e ), la taza de flujo de petróleo antes de la estimulación q oc viene dada por: Siendo la P w en el pozo, Lpca, de radio r w pies. Si la formación es ahora estimulada a una distancia radial r h, tal que la viscosidad del petróleo en la zona calentada es disminuida a un valor μ oh, entonces el sistema de flujo consiste de dos zonas radiales. Luego aplicando el principio de conductividades en serie, la tasa de petróleo estimulada q oh viene dada por:

Así la razón de estimulación q oh /q oc viene dada por: Lo cual implica que la razón de estimulación (q oh /q oc ) es solo función del radio calentado. Esto explica loa necesidad de utilizar grandes volúmenes de vapor en formaciones con petróleos muy viscosos.

MODELOS PARA PREDECIR LA RECUPERACIÓN DE PETRÓLEO EN INYECCIÓN CÍCLICA DE VAPOR Modelo de Bober y Lantz. Esencialmente consiste de un balance de calor, el cual suministra una temperatura promedio (Tavg) para el área calentada en función del tiempo. Esta temperatura promedio es utilizada para calcular la viscosidad del petróleo caliente (μoh), la cual se requiere para calcular la tasa estimulada (qoh) en función de tiempo. Modelo de Boberg y Towson En muchos yacimientos (principalmente en los de California), las presiones son bajas, y la gravedad suministra la fuerza de expulsión de los fluidos en la inyección cíclica de vapor. Como consecuencia, el flujo por gravedad puede dominar en la fase de producción.

MODELOS PARA PREDECIR LA RECUPERACIÓN DE PETRÓLEO EN INYECCIÓN CÍCLICA DE VAPOR Modelos de Davidson, miller y Mueller, y de Martin Son algo más complicados que el modelo de Boberg y Lantz, y básicamente se diferencian de aquel en que estos modelos consideran que el vapor inyectado suple parte de la energía requerida para producir el petróleo. Modelos de Seba y Perry, y de Kuo, Shain y Phocas Al igual que Boberg y Towson consideran el caso de estimulación con vapor en yacimientos donde el principal mecanismo de producción es drenaje por gravedad. Modelo de Closmann, Ratliff y Truitt Simula la inyección cíclica de vapor en yacimientos que producen mediante empuje por gas en solución. Incluye la distribución del vapor y de la viscosidad del petróleo en yacimiento, y la especificación del intervalo de inyección. Desprecia al drenaje por gravedad.

CONSIDERACIONES INVOLUCRADAS EN LA INYECCIÓN CÍCLICA DE VAPOR Criterios de selección para el método de inyección de vapor

CONSIDERACIONES INVOLUCRADAS EN LA INYECCIÓN CÍCLICA DE VAPOR Características del agua usadas en el generador de vapor

VENTAJAS Entre las ventajas de la inyección cíclica de vapor incluye el bajo costo de probar el proceso en el campo y los costos de desarrollo que son menores que los procesos termales alternativos. DESVENTAJAS Las desventajas del proceso incluyen el riesgo de que la expansión térmica cause daños al casing mientras el vapor esta siendo inyectado. La recuperación de petróleo por inyección cíclica de vapor es usualmente menor que la que se puede obtener por inyección continua de vapor. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA INYECCIÓN CÍCLICA DE VAPOR

CONCLUSIONES Los métodos térmicos son una buena alternativa en campos donde los yacimientos han agotado su energía natural y necesitan ser estimulados para recuperar las reservas restantes. La inyección continua de vapor en los yacimientos tiene la finalidad de bajar la viscosidad del aceite para mejorar su movilidad, con el fin de incrementar el gasto de producción del yacimiento durante un cierto periodo de tiempo. Para conservar una temperatura elevada en el trayecto de la tubería hasta llegar al pozo, se tiene que contar con un gasto alto de inyección de vapor. De esta forma se disminuye las pérdidas de calor que se disipan hacia las formaciones. La presión de inyección debe ser mucho mayor a la presión que se encuentra el pozo, si esto no sucediese el fluido inyectado no llegaría al pozo.

RECOMENDACIONES Se debe estudiar cuidadosamente cuantos ciclos de inyección de vapor se realizarán ya que la aplicación intensa de este método en un yacimiento, podría hacer ineficaz el uso posterior de métodos de desplazamiento para la recuperación de petróleo. Aplicar un aislante a la tubería de inyección-producción con el fin de reducir las pérdidas de calor hacía los alrededores. A mayor espesor del aislante se podrá obtener una mejor calidad de vapor y una mayor temperatura en el fondo del pozo.

BIBLIOGRAFÍA  tion.aspx tion.aspx  vapor.php vapor.php  TESIS: Modelo simplificado de inyección cíclica de vapor para yacimientos de aceite pesado  PUBLICACIÓN: Inyección cíclica de vapor - Ritchie Daniel Ortiz Rodríguez