INYECCIÓN DE NITRÓGENO 1. INTR INTRODU ODUCC CCIO ION. N.-La inyección del gas nitrógeno al reservorio se hace con el objetivo principal de recuperar los hidrocarburos que aún se encuentran atrapados en el subsuelo y constituye una técnica que ha tomado mucha importancia en los últimos 30 años. La determinación del tipo de gas a inyectar se defne por las consideraciones del cost costo o del del gas gas dispo isponi nib bilid lidad en el camp campo o condic ndicio ione nes s del reser eserv vorio orio y requerimientos de medios ambientales. !nicialmente se utili"ó el gas natural como #uido de inyección para incrementar o mantener la presión del reservorio. $s en los últimos %& años donde se empe"ó a utili"ar masivamente el nitrógeno conjuntamente con el dió'ido de carbono ()*+, para la recuperación mejorada del petróleo ($*-,. simismo simismo han aparecido aparecido nuevas tecnolog/as tecnolog/as para producir producir el gas nitrógeno nitrógeno en orma económica. $l uso de los generadores de nitrógeno ha reducido sustancialmente los costos de inversión inicial y los costos operativos de un proyecto de inyección de nitrógeno. nitrógeno.
2. HIST HISTOR ORIA IA..ntes de %120 para los operadores el gas natural ue la principal alternativa de inyección de gas (miscible o inmiscible,. $n la década de los 04s y los 204s los operadores comen"aron la búsqueda de uentes de gases no hidrocarburos porque el gas natural no estaba disponible en algunas 5reas geogr5fcas o era muy costoso para su reinyección. $l )*+ y el 6itrógeno comen"aron a destacar como substitutos del gas natural. $n los 04s y al comien"o de los 204s buscaron volúmenes adicionales de gases inertes (la mayor parte era 6itrógeno pero también conten/a algo de )*+ y otros prod produc ucto tos s de comb combus usti tión ón,, quem queman ando do el gas gas natur natural al en boil boiler ers s o moto motore res s de comb combus usti tión ón inte intern rna7 a7 proc proces esan ando do el tubo tubo de gas gas o el gas gas de los los moto motorres es respec respectiv tivame amente nte para para remov remover er el agua agua calor calor y subpr subprodu oducto ctos s de combus combustió tión n indeseables7 comprimiendo después el gas procesado con compresores accionados a vapor o por los propios motores de combustión interna. mediad mediados os de la década década de los 204s los operad operador ores es buscar buscaron on una uente de 6itrógeno que no uera corrosiva de gran confabilidad y que uera una económica. $n %122 apareció la primera planta de separación de aire en los campos petroleros. 8ubsec 8ubsecuent uenteme emente nte muchas muchas planta plantas s de separa separació ción n de aire aire uero ueron n instal instalada adas s y operadas.
3. DESAR DESARRO ROLL LLO. O.-$l nitrógeno es un gas inerte presente en la naturale"a principalmente en el aire. La composición natural del aire a condiciones normales (% atm. de presión y +& 9), es: 6itrógeno 2;< *'igeno +%< rgón %< $l nitrógeno se presenta en el aire en orma de molécula de 6 +. =ajo esta condición se comporta como un gas noble es decir no reacciona con ningún otro elemento salvo salvo en condi condicio ciones nes de muy alta alta presi presión ón y>o alta alta temper temperatu atura ra donde donde orma orma compuestos nitrosos como el 6* o el 6* +.
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$stos compuestos se encuentran por ejemplo en los gases de escape de chimeneas de hornos de undición. Propiedades Físicas del Nitrógeno: ?eso @olecular +; Aemperatura Aemperatura de usión (9), B+%0 Aemperatura Aemperatura de ebullición (9), (9), B%1 Aemperatura Aemperatura cr/tica (9), B%C2 ?resión )r/tica (psi, C1+ Dolumen cr/tico (pie3 > !b.Bmol, %.C+10 Eensidad relativa al aire (aire F %, 0.12 Gactor de compresibilidad 0.+;; ?resión de vapor a +09) 6o aplicable 8olubilidad en agua (mg> l, +0 pariencia y color Has incoloro *lor !nodoro • • • • • • • • • • • •
PROCESO ?roceso por el cual se inyecta gas nitrógeno por un yacimiento de petróleo para aumentar el actor de recuperación de petróleo. ?or debajo de la presion m/nima de miscib miscibili ilida dad d (@@?, (@@?, este este es un proce proceso so inmisc inmiscib ible le en el cual cual se incre incremen menta ta la recuperación por hincha"ón de petróleo reducción de la viscosidad y vapori"ación limitada de petróleo crudo. ?or encima de la @@? la inyección de nitrógeno es un drenaje de vapori"ación miscible. La miscibilidad del nitrógeno puede alcan"arse solamente con petróleos ligeros que estén a presiones elevadas7 por lo tanto el método miscible es adecuado solamente en yacimientos proundos.
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$l nitrógeno ha sido utili"ado e'itosamente para reempla"ar el gas natural en la recuperación de petróleo. petróleo. Los procesos que e'isten son:
a) Manten Mantenimi imient ent !e P"e#i$n P"e#i$n $ste proceso consiste en inyectar el gas con la fnalidad de incrementar la presión del reservorio hasta por encima de su presión de burbuja. 8e utili"a mucho en reservorios con buena segregación gravitacional.
%) In&e'' In&e''i$n i$n C('i' C('i'a a
$n un reservorio de condensados de gas la producción en las cercan/as de su pres presió ión n de roci roció ó requ requie iere re la inye inyecc cció ión n de gas gas para para mant manten ener er la pres presió ión n del del reservorio por encima de la presión de roció de manera de prevenir el enómeno de la condensación retrograda. retrograda. $l uso del gas natural como una uente de inyección c/clica ha venido en una pr5ctica común pero últimamente y debido al incremento de los precios del gas natural se viene utili"ando al nitrógeno como una uente económica para este tipo de presuri"ación.
') P"!*''i$n P"!*''i$n !e Ga# !e#!e a 'a+a 'a+a !e ,a# ,a#
Eebido al incremento de los precios del gas la producción de gas natural presente en la capa de gas se ha venido en una necesidad. La depleción natural del reservorio hace que este gas se encuentre atrapado por largos años hasta que la producción de petróleo se haya logrado en su m5'imo nivel. $n este proceso la idea es reempla"ar el gas natural presente en la capa de gas por gas nitrógeno con la fnalidad de recuperar el gas natural para venderlo y seguir manteniendo la presión del reservorio para la producción de petróleo.
!) Me"amien Me"amient t ,"aita'i ,"aita'ina na
-eservorios de condensados con empuje de agua tienden a atrapar el petróleo por encima de los po"os de producción producción en 5reas aisladas. La inyec inyecci ción ón de nitr nitróg ógen eno o pued puede e logr lograr ar desp despla la"a "arr el petr petról óleo eo hasta hasta el po"o po"o productor. $sto debido a que el actor de comprensibilidad del gas nitrógeno es considerablemente menor que el gas natural. Ee esta manera se deduce que el volumen de nitrógeno a usar es mucho menor que el gas natural que se necesitar/a inyectar al reservorio. dem dem5s 5s el nitró nitróge geno no es meno menos s denso denso que que el cond conden ensa sado do de gas gas por por lo que que asegurara un despla"amiento por gravedad muy estable.
e) Em+* Em+*e e !e Ga# Ga#
La disponibilidad limitada y los costos de los #uidos miscibles como el )* + HL? propano etc. hace que la inyección continua de estos #uidos sea económicamente no rentable. un cierto volumen poral (%B&<, del #uido miscible se ha comprobado que el empuje por agua o gas natural ha h a sido mejorado.
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$n los últimos años el nitrógeno ha recibido aún considerable atención como un agente agente de despla despla"am "amien iento to miscib miscible le para para la recup recupera eració ción n mejora mejorada da de petró petróleo leo ($*-,. $l nitrógeno no est5 presente como un #uido miscible de primer contacto con el reservorio de petróleo. petróleo. $l nitrógeno puede desarrollar miscibilidad con el petróleo del reservorio a través de transerencias de masa y después de múltiples contactos. $l mecanismo es similar al empuje de gas por vapori"ación donde los componentes intermedios del petróleo se vapori"an desarroll5ndose la miscibilidad en la ase gas. 8in embargo el nitrógeno requiere mayor tiempo y un mayor número de contactos para desarrollar miscibilidad. 8e requieren altas presiones para generar miscibilidad entre el petróleo del reservorio y el nitrógeno a la temperatura del reservorio. ?etróleos ligeros o vol5tiles en reservorios proundos a menudo orecen las mejores condiciones avorables para el despla"amiento con nitrógeno. Los actores que controlan el enómeno del despla"amiento miscible con nitrógeno son dos:
a) Cm+"tam Cm+"tamient ient !e a /a#e nit"$,en-+ nit"$,en-+et"$ et"$e e !e "e#e""i "e#e""i Las caracter/sticas del comportamiento de ase de un reservorio de petróleo toman cambios signifcativos cuando est5n en contacto con el nitrógeno. Dogel y Iarborough arborough observaro observaron n que el gas nitrógeno nitrógeno origina un incremento incremento del punto de roció de los petróleo vol5tiles y condensados. 8i tenemos un reservorio de gas saturado el contacto con nitrógeno puede originar la presencia del enómeno de condensación retrograda. Ee otro lado reservorios de gas insaturados (presión encima del punto de roció, algo lgo de nitr nitró ógeno eno pued uede me"c e"clars larse e con con el pet petróleo óleo antes ntes que ocur ocurra ra la condensación retrógrada. $l nitrógeno es un elemento común presente en los reservorios de petróleo sin embargo es inmiscible en la mayor/a de condiciones de reservorio. La solubi solubilid lidad ad del nitró nitrógen geno o es relat relativa ivament mente e baja baja en el petró petróleo leo77 sin embar embargo go puede puede desarr desarroll ollar ar miscib miscibili ilida dad d en cierto ciertos s tipos tipos de petró petróleo leos s bajo bajo condi condicio ciones nes especiales de presión y temperatura. presiones mayores a &.000 psi el nitrógeno puede vapori"ar los hidrocarburos intermedios ()+ J ), del petróleo y desarrollar miscibilidades después de múltiples contactos con el petróleo. petróleo. Los cambios composicionales en las ases vapor y liquido cuando el nitrógeno est5 en contacto con el petróleo es la clave para desarrollar miscibilidad. La ase vapor llega a ser progresivamente rica en hidrocarburos () +J ) , hasta que la composición cr/tica se haya alcan"ado.
%) P"e#i$n P"e#i$n M(nima M(nima !e Mi#'i%i Mi#'i%ii!a! i!a! 0PMM) 0PMM) $l nitr nitróg ógen eno o requ requie iere re mayo mayore res s pres presio iones nes temp temper erat atura uras s y mayo mayorr tiem tiempo po de contacto. Los actores que aectan la ?@@ del nitrógeno son la composición del petróleo y el H*-.
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Los procesos de recuperación mejorada por inyección de nitrógeno constituyen un método viable si el yacimiento cumple con ciertos requisitos. Las condiciones que se presentan a continuación continuación de manera resumida son tomadas tomadas para la aplicación aplicación de inyección de nitrógeno como proceso miscible:
El crudo del yacimiento: Eebe ser rico en racciones comprendidas entre el etano y el he'ano ()+ B ), o hidrocarburos livianos. $stos se caracteri"an por ser crudos livianos con gravedad ?! mayor a 3&9 ( 3&9,. Aiene un actor volumétrico alto por la capacidad de absorber el gas inyectado en condiciones de yacimiento. $st5 saturado de metano ()%,. •
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El yacimiento: Eebe estar a una proundidad igual (o mayor, a los &000 pies a fn de manten mantener er las altas altas presi presione ones s de inyecc inyección ión (M &000 &000 lpc, lpc, necesa necesaria rias s para para alcan"ar la miscibilidad del crudo con el 6 + sin racturar la ormación. •
Se puede aplicar en: -eservorios con capa de gas -eservorios con 8egregación Hravitacional • •
. ENTA4AS ENTA4AS Y DESENTA4AS. DESENTA4AS.-Ventaas al utilizar nitrógeno como gas de inyección! La acilidad de obtención es mayor respecto al gas natural (H6, y )*+. •
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$s un gas no n o corrosivo. mplia disponibilida disponibilidad d (separado del aire cuya composición presenta un 2;% < de nitrógeno, )ompuesto no tó'ico y ambientalmente aceptable.
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Des"entaas potenciales en la inyección de nitrógeno! La miscibilidad es alcan"ada a altas presiones y en crudos livianos. $s necesaria la separación del nitrógeno de las corrientes de producción de gas natural. -educci educción ón del del poder poder calor/ calor/fco fco del gas natura naturall produ produci cido do al me"cla me"clarse rse con nitrógeno. • •
5. 6ES RENT RENTA7LE A7LE O NO8 8i es rentable la inyección de nitrógeno porque se ha llegado a recuperar en algunos casos en el mundo hasta el 2&< del petróleo original in situ como por ejemplo: $l caso del campo )antarell en la pen/nsula de Iucat5n Holo de @é'ico. )on una recuperación del 0 <. $l campo Nay en la rontera de los estados de labama y Glorida $stados Knidos. )on una recuperación por inyección de 6 + del 20< . •
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9. 7I7L 7I7LIO IOGR GRA: A:IA IA •
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)ra =) OaPQins !ngenier/a plicada de Iacimientos ?etrol/eros $ditorial Aecnos Aecnos @adrid %11. Licenciado Licenciado Lajous Lajous dri5n dri5n $l ?royecto ?royecto )antarell )antarell ?etról ?etróleos eos @e'icanos @e'icanos 8.. 8.. +00+. L. lberto. lberto. Glores Glores $*- @ediante !nyección !nyección de 6itrógeno 6itrógeno Lima J ?eru +001. +001. Oern5nde" @endo"a *scar E. y Dicencio @art/ne" lan H.:RGracturamiento a la Gormación con )*+ y 6+R Aesis K6@ Gacultad de !ngenier/a +0%0
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UNIVERSIDAD UNIVERSIDAD MAYOR MAYOR REAL REAL PONTIFICIA SAN FRANCISCO XAVIER DE CHUQUISACA
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RECUPERACION MEJORADA (PGP-232) PRACTICO: INYECCION DE NITROGENO
NOMBRE: Gonzales NOMBRE: Gonzales Pérez IsrraelHenrry Mariscal Portela Carlos Javier Michel Espinoza German CARRERA: Ing. CARRERA: Ing. Petróleo y Gas Natural DOCENTE: Ing. DOCENTE: Ing. ario Cruz Su!"- B#$%&%'