Conbustion in Situ

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Recuperación Mejorada PGP-232 CONBUSTION IN SITU INTRODUCCION El proceso de combustión in situ es un método convencional térmico que se basa en la generación de calor en el yacimiento para seguir recuperando hidrocarburo una vez culminada la producción primaria y/o secundaria. Este método consiste básicamente en quemar una porción del petróleo presente en el yacimiento para generar el calor, esta porción es aproximadamente el 10%. La combustión in situ o "fireflooding" es un método que se aplica a veces a los depósitos que contienen petróleo muy viscoso o "pesado" que se produce por medios convencionales. Esto implica la inyección de aire al yacimiento, el cual mediante ignición espontánea o inducida, origina un frente de combustión que propaga calor dentro del mismo. La energía térmica generada por éste método da lugar a una serie de reacciones químicas tales como oxidación, desintegración catalítica, destilación y polimerización, que contribuyen simultáneamente con otros mecanismos tales como empuje por vapor y vaporización, a mover el petróleo desde la zona de combustión hacia los pozos de producción. Se conocen dos modalidades para llevar a cabo la combustión in situ en un yacimiento, denominadas: combustión convencional hacia adelante (forward combustión) debido a que la zona de combustión avanza en la misma dirección del flujo de fluidos; y combustión en reverso o contracorriente (reverse combustion) debido a que la zona de combustión se mueve en dirección opuesta a la del flujo de fluidos. En la primera de ellas, se puede añadir la variante de inyectar agua alternada o simultáneamente con el aire, originándose la denominada combustión húmeda, la cual a su vez puede subdividirse dependiendo de la relación agua/aire inyectado, en combustión húmeda normal, incompleta y superhúmeda. Las mismas 1

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Recuperacin Mejorada PGP-232

Recuperacin Mejorada PGP-232

CONBUSTION IN SITUINTRODUCCIONEl proceso decombustin in situes un mtodo convencional trmico que se basa en la generacin de calor en el yacimiento para seguir recuperando hidrocarburo una vez culminada la produccin primaria y/o secundaria. Este mtodo consiste bsicamente en quemar una porcin del petrleo presente en el yacimiento para generar el calor, esta porcin es aproximadamente el 10%. La combustin in situ o "fireflooding" es un mtodo que se aplica a veces a los depsitos que contienen petrleo muy viscoso o "pesado" que se produce por medios convencionales. Esto implica la inyeccin de aire al yacimiento, el cual mediante ignicin espontnea o inducida, origina un frente de combustin que propaga calor dentro del mismo. La energa trmica generada por ste mtodo da lugar a una serie de reacciones qumicas tales como oxidacin, desintegracin cataltica, destilacin y polimerizacin, que contribuyen simultneamente con otros mecanismos tales como empuje por vapor y vaporizacin, a mover el petrleo desde la zona de combustin hacia los pozos de produccin.Se conocen dos modalidades para llevar a cabo la combustin in situ en un yacimiento, denominadas: combustin convencional hacia adelante (forward combustin) debido a que la zona de combustin avanza en la misma direccin del flujo de fluidos; y combustin en reverso o contracorriente (reverse combustion) debido a que la zona de combustin se mueve en direccin opuesta a la del flujo de fluidos. En la primera de ellas, se puede aadir la variante de inyectar agua alternada o simultneamente con el aire, originndose la denominada combustin hmeda, la cual a su vez puede subdividirse dependiendo de la relacin agua/aire inyectado, en combustin hmeda normal, incompleta y superhmeda. Las mismas persiguen lograr una mejor utilizacin del calor generado por la combustin dentro del yacimiento, reduciendo as los costos del proceso.Aunque el proceso de combustin convencional es ms comn que el proceso de combustin en reverso, ambos procesos tienen ventajas, limitaciones y aplicaciones especficas.HISTORIAEl mtodo ms antiguo y conocido para introducir calor al reservorio es el de utilizar calentadores de fondo, el cual se atribuye a Perry y Warner en 1865. Estas aplicaciones afectan nicamente la parte productora del hoyo y su vecindad inmediata, por lo tanto estn asociadas con los tratamientos de estimulacin, de remedio y de prevencin.La combustin in situ probablemente ocurri durante los procesos de inyeccin de aire a principios de siglo. En 1917, Lewis inform sobre la disminucin en la concentracin de oxgeno y la generacin de dixido de carbono en los gases de salida de procesos de inyeccin aire. No obstante, la produccin de calor en este caso result no ser intencional, ya que no era parte de los objetivos de la prueba. En 1920, Walcott y Howard consideraron la inyeccin de aire para quemar parte del crudo y generar calor para reducir su viscosidad y mejorar su desplazamiento, sus trabajos fueron reconocidos en patentes emitidas en 1923.Las primeras aplicaciones de campo asociadas a este tipo de procesos se realizaron en Rusia en 1934. En los Estados Unidos el mtodo fue promovido por Hartman a partir de 1942. Pero el proceso de combustin in situ, tal como se conoce en la actualidad se desarroll rpidamente en los Estados Unidos a partir de las investigaciones de laboratorio realizadas por Kuhn y Koch 1953 y las de Grant y Szasz 1954.Los primeros proyectos a gran escala se realizaron en Schoonebeek en Holanda y Ta Juana en Venezuela. La inyeccin cclica o alternada de vapor se origin como consecuencia de un incidente ocurrido durante un proceso de inyeccin continua de vapor iniciado en Mene Grande, Venezuela. La presin de sobrecarga fue excedida, provocando crteres acompaados por erupciones de vapor, agua y petrleo. Cuando se alivi la presin se observ sorpresivamente la produccin de pequeas cantidades de vapor y considerables cantidades de petrleo a travs de los pozos inyectores, los cuales nunca antes haban producido.Desde entonces, se practica la inyeccin cclica de vapor, inyectando vapor por das o semanas antes de poner el pozo a producir. Prats 1987.DESARROLLLOClasificacin: Se clasifican en tres grupos:

1. Combustin convencional o "hacia adelante":Es tambin llamada combustin seca ya que no existe inyeccin de agua junto con el aire. En este proceso, los fluidos inyectados y el frente de combustin se mueven en el mismo sentido, es decir, del pozo inyector hacia los pozos productores. La ignicin ocurre cerca del pozo inyector y el frente de combustin se mueve desde el pozo inyector hasta el pozo productorDurante este proceso se forman dentro del yacimiento varias zonas perfectamente diferenciables, las cuales se indican en detalle en la Figura. Estas zonas se originan por las altas temperaturas generadas dentro del medio poroso, el cual se encuentra saturado inicialmente con agua, petrleo y gas.

Como se observa en la imagen anterior, se inyecta aire, esto se hace con la finalidad de oxidar el petrleo, sin embargo, se producen grandes volmenes de gases residuales los cuales causan problemas mecnicos. El calor se va generando a medida que el proceso de combustin avanza dentro de una zona de combustin muy estrecha hasta una temperatura alrededor de 1200 F. Inmediatamente delante de la zona de combustin ocurre el craqueo del petrleo, esto origina el depsito del coque que se quemar para mantener la combustin. La zona de combustin acta como un pistn y desplaza todo lo que se encuentra delante de su avance.El aire enriquecido con oxgeno es inyectado para oxidar el petrleo, de esta forma que se produce gas residual. Esto puede traer problemas en la eficiencia de bombeo, abrasin, tambin se genera cierta restriccin del flujo de petrleo en el yacimiento por la gran cantidad de gas existente. La combustin va avanzando con una velocidad que depende del volumen de petrleo quemado, Justo en el frente de combustin se depositan las fracciones ms pesadas de petrleo (coque), esto es lo que permite que se mantenga la combustin. Por lo general en la zona donde ocurre la combustin ocurre una segregacin gravitacional. Cuando ocurre una ruptura en el pozo productor, las temperatura se van haciendo cada vez ms altas, esto trae como consecuencia que los costos de produccin aumenten, ya que inicialmente por un largo perodo de tiempo el petrleo que se encuentra cerca del pozo productor, est a la temperatura original del yacimiento.

La desventaja de este tipo de combustin, es que el petrleo que se produce tiene que pasar por una zona fra y si es pesado puede traer problemas en cuanto a su fluidez. Tambin el calor que se almacena fuera de la zona quemada no es usado eficientemente ya que el aire inyectado no es capaz de transportar efectivamente el calor hacia adelante.2. Combustin en reverso:En este tipo de combustin la zona de combustin se mueve en direccin opuesta a la direccin del flujo de fluidos y la combustin se enciende en los pozos productores. Como se puede apreciar en la siguiente figura, la zona de combustin se mueve en contra del flujo de aire, los fluidos producidos fluyen a travs de las zonas de altas temperaturas (500 700 F) hacia los pozos productores, originndose as una reduccin en la viscosidad del petrleo y por consiguiente aumento de la movilidad.

El movimiento del frente de combustin es hacia las zonas de mayor concentracin de oxgeno, y los fluidos atraviesan dicho frente de combustin como parte de la corriente de gas, siendo transportados a travs de las zonas calientes hacia los pozos de produccin por drenaje por gravedad y empuje por gas. El comportamiento de este proceso es muy diferente al convencional, pues la zona de combustin no consume todo el combustible depositado delante de ella; no obstante, parte de los componente livianos y medianos del petrleo in situ son utilizados como tal. Casi no existe produccin de monxido o bixido de carbono y las principales reacciones ocurridas durante la oxidacin del crudo originan compuestos oxigenados tales como aldehdos, cidos, perxidos, y otros.El petrleo producido tiene caractersticas diferentes al crudo in situ, pues es ms liviano y de menor viscosidad. Por esta razn, este proceso ha sido propuesto para aplicarlo en reas bituminosas y en crudo extrapesados (de gravedad menor de 8 API), los cuales son prcticamente inmviles a condiciones de yacimiento21. En estos yacimientos la combustin convencional fracasara, pues los bancos de lquido formados delante del frente de combustin originaran un bloqueo de la permeabilidad especfica al gas, impidiendo su circulacin.En comparacin con la combustin convencional, la combustin en reverso es menos atractiva debido a recuperaciones ms bajas, mayor consumo de combustible, mayores prdidas de calor, problemas de equipo ms severos y problemas asociados a la ignicin espontnea en la cercana del pozo inyector.3. Combustin hmeda:Esta variante de la combustin convencional se genera al inyectar agua alternada o simultneamente con el aire, una vez que se ha logrado la ignicin del crudo in situ. La combustin hmeda se clasifica en combustin hmeda normal, incompleta y superhmeda. Esta clasificacin ha sido propuesta en base a la caractersticas de los perfiles de temperatura y saturacin originados durante el proceso, los cuales se indican en la Figura .En el caso de combustin hmeda, normal o incompleta el agua inyectada al ponerse en contacto con la zona quemada se evapora y fluye a travs del frente de combustin como parte de la fase gaseosa, puesto que la mxima temperatura del frente de combustin es, en este caso, mayor que la temperatura de evaporacin del agua a la presin del sistema.El proceso se denomina hmeda normal cuando el coque depositado se consume completamente. Por el contrario, cuando el agua inyectada hace que el combustible depositado no se queme por completo, entonces se trata de una combustin hmeda incompleta.La combustin superhmeda se logra cuando la cantidad de calor disponible en la zona quemada, no es suficiente para vaporizar toda el agua inyectada al sistema. En este proceso, la mxima temperatura de combustin desaparece, y la zona de vaporizacin-condensacin se esparce por todo el medio poroso. Este tipo tambin ha sido denominada combustin parcialmente apagada16 . Las ventajas que ofrece la combustin hmeda en cualquiera de sus variantes, es que reduce en cierto grado los problemas operacionales propios del proceso, entre los cuales se cuentan: la produccin de arena por las altas tasas de gases, la corrosin por cidos en los pozos y en las facilidades de produccin, la oxidacin en las tuberas por la presencia de oxgeno en lacorriente de gases inyectados y producidos, la formacin de emulsiones, el taponamiento de yacimiento por el coque depositado y otros. Estos problemas disminuyen debido a las menores cantidades de gases producidos, por la disolucin de los cidos producidos en el gran volumen de agua existente (inyectada, connata y formada), por el consumo completo de oxgeno y por la reduccin de las temperaturas generadas.

Actualmente casi todos los proyectos de combustin convencional son del tipo hmeda y una serie de trabajos cubriendo aspectos experimentales como operacionales en el campo.CRITERIOS PARA LA SELECCION DEL YACIMIENTO EN UN PROCESO DE COMBUSTION IN SITU

VENTAJAS Y DESVENTAJASDE LA COMBUSTION IN SITULos procesos de combustin in situ han mostrado favorabilidad en las experiencias realizadas, sin embargo, como cualquier proceso est sometido a ciertas limitantes que desvan el proceso de cumplir sus objetivos. El peor inconveniente de un proceso de combustin in situ es, tal vez, la segregacin de los fluidos o superposicin del frente (Overriding) y las grandes distancias de desplazamiento del proceso, hechos que conllevan a una reduccin en el factor de recobro y la tasa de produccin.Sin embargo, han existido esfuerzos conjuntos que han permitido aprovechar estos efectos y utilizarlos de manera favorable para el proceso, prueba de esto son el desarrollo de los proceso Top Down In Situ Combustin, y aquellos que utilizan los efectos de drenaje gravitacional como COSH y THAI. En algunas ocasiones el proceso comienza bajando un calentador o herramienta de ignicin artificial al pozo de inyeccin. El aire se inyecta y el calentador se opera hasta que inicie el proceso de combustin. Despus de calentar las rocas cercanas, el calentador es operado mientras la inyeccin de aire se contina para mantener el avance del frente de combustin. En algunas ocasiones se inyecta agua de forma simultnea o alterna con aire, para aprovechar la mayor transferencia de calor que ofrece el vapor y reducir significativamente los requerimientos de aire. Normalmente, los componentes ms livianos, el vapor y los gases producto de la combustin tienden a migrar a la parte superior de la zona de aceite, a este fenmeno se le conoce como override, y generalmente reduce la efectividad del proceso. La inyeccin simultnea de agua, en forma continua o por ciclos, ayuda a mitigar este efecto.Se estima una recuperacin de hasta el 80% segn clculos computarizados.Se disminuye la viscosidad del crudo que se encuentra en el yacimiento.Se puede mejorar la gravedad API de 11 hasta 26.No deteriora el medio ambiente.En comparacin con la inyeccin tradicional de vapor, se requiere menos energa para generar vapor.Mayor aumento de la gravedad API del crudo y Petrobank estima una reduccin del 22% de emisin de dixido de carbono porque no se quema gas natural en superficie para generar vapor al compararse con el Drenaje por Gravedad asistida con Vapor.Cuando se lleva a cabo la combustin, se generan productos beneficiosos como gases, calor y agua. Gases como el nitrgeno, que llegan a superficie junto con el petrleo, que se pueden comercializar. Se genera calor que aporta energa al yacimiento para su produccin y el agua producida se destila con calidad industrial.Thai y Capri fue desarrollada por Malcolm Graves, ingeniero qumico de laUniversidad de Bath en Inglaterra, a principios de los 90 seguido del posterior desarrollo de dicha tecnologa hasta la actualidad. Fue patentada por Canad, EstadoUnidos, Inglaterra y Venezuela. Hoy da Petrobank posee la propiedad intelectual y continua realizando investigaciones con el creador para hacer esta herramienta cada vez mejor.CONCLUSINES1. En general la combustin in-situ logra ser un mtodo eficiente para la extraccin de crudo pesado donde por lo general otros mtodos de recuperacin resultaran ineficientes o imposibles de aplicar debido a la facilidad de circulacin o fluidez del aire dentro de la formacin.2. La combustin in-situ hmeda, adems de la reduccin de la viscosidad del petrleo y en parte la vaporizacin del mismo, se asemeja al depsito de un motor, por una combinacin de vapor, agua caliente, gas miscible y un mecanismo de unidad de recuperacin de gas. Por esta razn la combustin in situ se puede aplicar a los depsitos que contienen crudo viscoso.3. Es un procedimiento ventajoso en cuanto al mejoramiento de la calidad del crudo en el yacimiento, el aumento en la gravedad API mejora la movilidad delos fluidos en el yacimiento.4. El craqueo del petrleo que tiene lugar dentro del yacimiento facilita los procesos de refinamiento.5. La mejor forma de controlar la velocidad de combustin y la intensidad de la misma es implementando la combustin hmeda y adems se aprovecha mejor la energa calrica producida durante la combustin.6. La combustin hmeda, tambin conocida como proceso COFCAW (combinacin de combustin convencional ms inyeccin de agua).7. Cuando el agua se inyecta en el pozo inyector en una operacin de combustin convencional, ya sea alternada o simultneamente con aire, se logra la recuperacin del calor, ya que toda o parte del agua se vaporiza y pasa a travs del frente de combustin, con lo cual transfiere calor delante del frente.8. Nuestro pas por presentar una de las ms grandes reservas del mundo de crudos pesados es importante adquirir conocimientos, as como tambin estar al tanto de las ltimas tecnologas con respecto a los mtodos terciarios mejor conocidos como los mtodos EOR.

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