COMBUSTION IN SITU “Fire Flooding” Kelly Colmenares Ingenieria de Yacimientos
COMBUSTIÓN IN SITU Es un método de recuperación mejorada que consiste en inyectar aire al yacimiento,de tal manera que en el proceso se quema la fracción más pesada de hidrocarburos contenidos en el yacimiento y se aprovecha el calor generado para mejorar la recuperación de la fracción no quemada.
Combustión in situ
COMBUSTION TUBE EQUIPMENT
In situ Combustion pressure Shell
In situ Combustion Tube
COMBUSTION IN SITU
Tomada de “Memorias Tercer Tercer Congreso de produccion pr oduccion IAPG” Pan American Energy
Zonas 1. Zona de agua y aire inyectado (Burned Out) 2. Zona de agua y aire vaporizado 3. Zona de combustion frontal(600o – 1200oF) 4. Zona de vapor ( Approx. 400oF) 5. Zona de condensación (50o – 200oF) 6. Banco de aceite (Near Initial Temperature) 7. Gases frios de combustión
Combustion in situ
COMBUSTION IN SITU Air
Combustion Gas
Steam
Water
Oil
Zona de combustion
Burned Zone
e r u t a r e p m e T
Zona de evaporación
Condensation Zone
Water Bank
Oil Bank
Unswept Zone
Steam Plateau
Formation Temperature
MECANISMOS QUE INCLUYE LA COMBUSTION • Intercambio de masa • Intercambio de energía • Reacciones químicas • Otros procesos físicos como: arrastre del flue gas (CO2 y N2) generado, presurización, hinchamiento.
Combustion in situ
ASPECTOS QUIMICOS DE LA COMBUSTION IN SITU
Analisis y Calor de Combustion del crudo El método de recobro por combustion in situ esta basado principalmente en la combustion del residuo coque depositado por el crudo.Un poco de información sobre las propiedades fisicas y químicas del crudo, permite un mejor entendimiento del proceso.
Reacciones Quimicas Se han reconocido dos reacciones principales: La depositacion del combustible y la combustion del mismo.
Depositación del combustible El proceso de depositación del coke puede ser representado asi: Aceite pesado
Coke + Aceite liviano + Gas Combustion in situ
GENERACION DE LA COMBUSTION EN EL YACIMIENTO La Combustión in situ comprende básicamente los siguientes pasos:
Inyección de un material oxidante
Se produce la ignición
Se continua inyectando aire para mantener y propagar a traves de todo el yacimiento la combustion. Combustión in situ
TIPOS DE COMBUSTION IN SITU Existen tres formas básicas de Combustión in situ Combustión Frontal Seca o Directa
Combustión Invertida o en Reversa
Combustión Humeda COFCAW Combustion in situ
Combustion Frontal Seca VENTAJAS La fracción menos valiosa del crudo es quemada en la forma de coke, dejando la arena limpia en la región tras el frente de combustion DESVENTAJAS El crudo producido debe pasar a traves de la region fría del yacimiento. El calor almacenado en la region quemada, no es utilizado eficientemente,debido a que el aire inyectado no transporta el calor hacia adelante . Combustion in situ
Distribución de temperatura y saturación para el proceso de combustion frontal Zona Quemada
Zona De Combustion
Zona Cokizacion Zona de agua y Petroleo
Tomada de “ Thermal Recovery Methods ”
Combustion in situ
Zona 1: Zona Quemada
Esta zona esta saturada de aire, puede tener hasta un 2% de combustible orgánico solido no quemado, la temperatura aumenta con la distancia desde el pozo inyector Zona 2: Zona de combustion
Se generan los gases de combustion,la temperatura que se pueda alcanzar depende esencialmente de la naturaleza de los solidos,liquidos y gases presentes en la unidad de volumenes de formación.
Combustion in situ
Zona 3: Zona de Cokización Es llamada asi por que es donde se forman fracciones pesadas de hidrocarburos que no han sido desplazadas experimentando craqueo térmico. Zona 4 : Zona de agua y petroleo La temperatura de esta zona es variable y va disminuyendo en dirección hacia el pozo productor. Combustion in situ
Distribución de temperatura y saturación para el proceso de combustion frontal
Combustion in situ
Combustion Invertida o en Reverso No es tan eficiente como la combustión frontal, a causa de la deseable cantidad de crudo que es quemada como combustible y la indeseable fraccion que permanece en la region tras el frente de combustion, además requiere cerca del doble del aire de la combustión frontal. En la combustion invertida no se manifiesta el crecimiento de un banco de petroleo que impida el flujo, por lo tanto este proceso es conveniente para los crudos muy viscosos. Combustion in situ
Distribución de temperatura y saturación para el proceso de combustion invertida
Zona Caliente o Quemada Zona de Combustion
Tomada de “ Thermal Recovery Methods ”
Combustion in situ
Zona 1 Esta zona no ha sufrido ninguna alteración y se encuentra más o menos a las mismas condiciones originales. Reacciones de oxidación se hacen presentes en esta zona.
Zona 2 En esta zona se aumenta la temperatura debido a reacciones de oxidacion ,algunos fenómenos como vaporización de agua de formacion, destilacion de livianos y craqueo térmico de hidrocarburos ocurren en esta zona.
Combustion in situ
Zona 3 : Zona de combustion En esta zona la temperatura alcanza su máximo valor. Zona 3 : Zona de Caliente o Quemada
Las fases vapor y liquido fluyen a traves de esta zona.La temperatura de esta zona va disminuyendo con la distancia desde la zona de combustion. Combustion in situ
Distribución de temperatura y saturación para el proceso de combustion invertida
Tomada de “ Thermal Recovery Methods ”
Combustion Humeda (COFCAW) La combustion humeda es un proceso combinado de combustion frontal con inyeccion de agua, que consiste en inyectar simultanea o alternamente agua y aire. VENTAJAS
El calor es transferido efectivamente,mejor que cuando se inyecta solamente aire.
Menor consumo de combustible en la zona de combustion debido al mejoramiento en el desplazamiento, por lo tanto se quema un mayor volumen de yacimiento para un mayor volumen dado de aire inyectado. Combustion in situ
RECOMENDACIONES No
debe usarse en formaciones con baja permeabilidad, pues sería difícil inyectar simultáneamente agua y aire a tasas deseadas,ya que la adición de agua aumenta la resistencia al flujo.
Si
se tienen arenas delgadas, donde existen significativa pérdida de calor a las formaciones adyacentes, deberia tenerse en cuenta la combustion humeda. Combustion in situ
Distribución de temperatura y saturación para el proceso de combustion humeda
Zona de Combustion Zona de condensacion
Zona Quemada Zona de vapor
Zona de agua y Petroleo
Tomada de “ Thermal Recovery Methods ”
Combustion in situ
Zona 1: Zona Quemada Esta zona puede contener poca o ninguna saturación de hidrocarburos.El volumen poroso de esta zona contiene una saturación de agua líquida debido a que la temperatura es más baja que la temperatura de ebullición del agua. Zona 2: Zona de Vapor
El volumen poroso de esta zona se encuentra saturado con una mezcla de aire y vapor de agua. El agua que es inyectada junto con el aire, se evaporiza; aprovechandose de esta manera las ventajas termicas del vapor como transportador de calor y sus propiedades como fluido desplazante. Combustion in situ
Zona 3: Zona de Combustion
El oxigeno es consumido y formando finalmente depósitos de residuos como carbon. Zona 4: Zona de condensacion
En esta zona ocurren los procesos de condensación de vapor y vaporización de fracciones livianas e intermedias de los hidrocarburos. Zona 4: Zona de Agua y petroleo
Esta zona es de alta presión debido a la formación de los bancos de agua y petroleo. Combustion in situ
Variables involucradas en los Procesos de combustión in situ
Contenido del Combustible Velocidad del frente de combustion Utilizacion del Oxigeno Requerimiento de aire Eficiencia de Barrido Recobro de crudo Relacion Aire – Petroleo Cambios en la propiedad del crudo Combustion in situ
Caracteristicas apropiadas que debe tener un yacimiento para la aplicacion de procesos de combustion in situ
Contenido de petroleo Porosidad Permeabilidad Tipos de formacion Espesor de la arena Profundidad Gravedad del petroleo Tamaño del yacimiento Limites del yacimiento
Combustion in situ
Factores que afectan favorablemente el desarrollo comercial de un proyecto de combustion in situ
Gran espaciamiento entre los pozos
Alta permeabilidad
Alta Saturación de petroleo recuperable
Baja concentración de cumbustible,pero por encima del requerimiento mínimo.
Baja relación de movilidades Combustion in situ
Factores que contribuyen desfavorablemente al exito del proyecto Yacimientos
con capa de gas
Fracturas extensas en la formacion
Empuje del agua activa
Problemas con emulsiones Combustion in situ
ALGUNAS APLICACIONES EXITOSAS Waterflooding and air injection performance comparison (SPE 99454) Nombre del Area Modelo de explotación despues de de la depleción primaria Formación: Red River; con trampa stratigráfica
WBRRU
WBBRRU
Combustión insitu
Waterflooding
Dolomita incluída en limestone y anhydrite
Superficie del yac., Ac.
5000
3400
Profundidad, m
2560
2545
Porosidad y permeabilidad promedio Saturación inicial de agua, %
18 % y 10 md 51
40
Temperatura promedio de res., °F
215
210
Presión inicial de reservorio, psi
3600
3579
29
21
OOIP, MMSTB Similares propiedades del fluído
32 °API, pres de pb= 300 psig, GOR=173 SCF/STB, FVF= 1.174 RB/STB, visc.= 2.4 cp
Waterflooding and air injection performance comparison (SPE 99454) ISC WF
Comienzo de la inyección Caudal pico de petróleo, bopd Fecha
01/01/88 498
402
Ene.,90 Ene., 95
Prods/Inyecs
10/5
7/7
Caudal actual de inyec., Mscfd/bwpd
1150
1140
Inyec. Acum., bcf, MMsb
22.3
5.3
0.8
0.3
3700
1800
Pet. Incremental Acum., MMstb
1.8
1.0
Recuperación, % POIS
12.8
8.8
Vol. Poral inyectado Petróleo Acum., Mstb
Tomada de “Memorias Tercer Congreso de produccion IAPG” Pan American Energy
Waterflooding and air injection performance comparison (SPE 99454)
Tomada de “Memorias Tercer Congreso de produccion IAPG “ Pan American Energy
VENTAJAS DE LA COMBUSTION IN SITU
El proceso se desarrolla quemando fracciones indeseables de petroleo
Puede recuperarse entre el 60% y el 90% del petroleo in situ en la zona donde se ha producido la combustion.
Puede usarse para recuperar el petroleo pesado en zonas en donde no abunda el agua.
No tiene limitaciones de profundidad como en otros procesos térmicos. Sin embargo, en formaciones bastantes profundas podrian requerir altas presiones de inyeccion.
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Combustion in situ
VENTAJAS DE LA COMBUSTION IN SITU
El aire esta siempre disponible y puede inyectarse aun en zonas donde es imposible hacerlo con agua o gas.
Además de la alta eficiciencia de recuperación, es más rapido que otros métodos, especialmente comparado con respecto a recuperación secundaria.
Mayor eficiencia que al gas natural para el mantenimiento de presión, dada su característica de menor compresibilidad y solubilidad. Combustion in situ
DESVENTAJAS DE LA COMBUSTION IN SITU Las principales desventajas estan en que el aire inyectado tiende a sobrepasar la zona de petroleo y en algunos casos puede ocasionar incendios y dañar el completamiento de los pozos. Ademas, la baja capacidad térmica del aire hace que este no sea suficiente en el transporte de calor hacia la zona de petroleo para facilitar su desplazamiento.Este inconveniente se trata de subsanar mediante la combustion humeda Combustion in situ
POR QUÉ LA INYECCIÓN DE AIRE NO HA SIDO UTILIZADA EN FORMA EXTENSIVA?
Alto costo de inversión en la planta compresora y elevado gasto de mantenimiento.
Falta de confianza en el proceso por la información del amplio rango de resultados en la aplicación, entre los éxitos y fracasos.
Frecuentemente, su aplicación se decidió como último recurso; esto es, cuando ningún otro método era viable (resevorios altamente complejos en estratigrafía, petrofísica y otras condiciones desfavorables).
PROBLEMAS OPERACIONALES
• Erosión •Corrosión •Emulsiones •Peligros de explosión Tomada de “ Thermal Recovery Methods ”
Combustion in situ
CONCLUSIONES • ISC es una técnica que ha sido extensamente probada y se han identificado las causas de los fracasos. • Existen proyectos relativamente pequeños que han demostrado ser económicos. • La economía puede mejorar por razones de escala. • El conocimiento del mecanismo del proceso y la experiencia operativa ha reducido el riesgo de aplicación. • Actualmente existe metodología disponible para evaluar reservorios candidatos para procesar con ISC. Combustion in situ
