Comparación de alternativas para mejora de la inyección cíclica de vapor mediante simulación numérica

Abstract

La inyección cíclica de vapor (CSS, por sus siglas en inglés) es un método de recobro mejorado (EOR) térmico de los más aplicados a nivel mundial; sin embargo, presenta desafíos relacionados con la eficiencia energética del proceso y costos asociados a su operación. En el caso de Colombia, la CSS se viene aplicando en diferentes campos de crudo pesado desde hace muchos años, encontrándose en algunos casos la necesidad de implementar y combinar tecnologías para extender el límite técnico económico de dicho proceso de recobro mejorado. En ese sentido, este trabajo se fundamenta en analizar diversas alternativas que permitan mejorar la eficiencia energética y la recuperación de petróleo de forma rentable. Para llevar a cabo el análisis, se construyó un modelo de simulación numérica semi-conceptual, representativo de un campo colombiano de crudo pesado, en el cual se realizó la simulación de escenarios de producción en frío, inyección cíclica de vapor, calentamiento en fondo de pozo y la combinación del vapor con diferentes sustancias (métodos híbridos de inyección de vapor); estos resultados, evaluados bajo condiciones similares en todos los casos, permiten establecer el potencial de las tecnologías y enfocar de esta forma los esfuerzos investigativos en aquellas que se consideren más promisorias. Adicionalmente, se realizó un estudio preliminar de visualización de tecnologías de generación de vapor a través de energía solar y algunas aplicaciones en campo relevantes, debido a los desafíos de disponibilidad de combustible y altos costos asociados a la generación de vapor convencional, esto alineado con los planes de Ecopetrol del uso de tecnologías limpias. Para el caso particular de las tecnologías de calentamiento de fondo de pozo en sus diferentes modalidades (calentamiento electro-resistivo, electro-inductivo o recirculación de vapor), se evaluó el comportamiento en el modelo a través de un pozo calentador (heater well), lo que permitió definir después de varias sensibilidades que este tipo de tecnologías resultan de mayor beneficio e impacto en pozos nuevos, es decir, previo a procesos de inyección cíclica de vapor.Por otra parte, las tecnologías híbridas de inyección cíclica de vapor evaluadas, corresponden a la adición de espumas, solventes, gases de combustión (flue gas) y nano partículas; todos con características particulares tanto en interacción con el vapor y el yacimiento, como en la forma específica de ser representados en el modelo de simulación. Para realizar la comparación se estableció el mismo ciclo de aplicación para todas las tecnologías; sin embargo, los resultados demuestran que la eficiencia de su desempeño depende fuertemente de las condiciones del yacimiento al momento de su aplicación. De acuerdo a los resultados obtenidos de la simulación numérica, en todos los casos se obtienen incrementos en la producción de petróleo con valores particulares para cada una de las tecnologías evaluadas. Se recomienda continuar con estudios detallados tanto a nivel experimental como de ingeniería de yacimientos que permitan definir viabilidad de posibles aplicaciones en campo.

Downhole heating and hybrid cyclic steam methods: evaluating technologies from the laboratory to the field

“…The evaluation of hybrid CSS technologies as part of the tEOR R&D program started in early 2018, and preliminary results have been published elsewhere [3], [5], [7], [20]. Therefore, this section will summarize recent advances evaluating hybrid CSS at laboratory and field scale.…”

“…Therefore, the optimization of wells under advanced stages of CSS (i.e. > 10 steam cycles of approximately one year each) represents a critical need to sustain oil production targets and also to extend the technical-economic limit of this recovery process [3]- [4]. On INTRODUCTION 1.…”

“…According to the analysis developed in the tEOR R&D program based on numerical simulation and the energy cost index (ECI), CSS with foams outperformed hybrid CSS with flue gas or solvents [3], [5]. Additionally, CSS with foams has been tested for the last decade in Colombia [21] and, most recently, by Ecopetrol using a different operational approach [20].…”

“…The approach followed to evaluate hybrid CSS methods has been described in the literature [3]- [5]. Fundamentally, the study was performed using a radial numerical model built based on a representative HO reservoir in the VMM, using a commercial thermal simulator.…”

“…Steam quality and injection temperature of each steam cycle were 60% and 520°F, respectively (Base case). For each cycle, the well was kept producing until the oil rate reached the baseline of cold production [3]- [5].…”