i
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA E
INDUSTRIAS
CARRERA DE INGENIERÍA DE PETRÓLEOS
CÁLCULO DE LA DISTRIBUCIÓN DE FLUJOS DE VAPOR EN
POZOS EXTRACTORES DE CRUDOS PESADOS Y EXTRA
PESADOS.
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO
DE INGENIERO DE PETRÓLEOS
CRISTIAN ESTEBAN GÓMEZ BARRERA
DIRECTOR: ING. FAUSTO RAMOS
Quito, diciembre 2016
ii
© Universidad Tecnológica Equinoccial. 2016
Reservados todos los derechos de reproducción
iii
FORMULARIO DE REGISTRO BIBLIOGRÁFICO
PROYECTO DE TITULACIÓN
DATOS DE CONTACTO
CÉDULA DE IDENTIDAD:
1725168585
APELLIDO Y NOMBRES:
Gómez Barrera Cristian Esteban
DIRECCIÓN:
Av. Real Audiencia y pje. Guanona
EMAIL:
Cegb1290 @gmail.com
TELÉFONO FIJO:
022530832
TELÉFONO MOVIL:
0995170916
DATOS DE LA OBRA
TITULO:
CÁLCULO DE LA DISTRIBUCIÓN DE
FLUJOS DE VAPOR EN POZOS
EXTRACTORES DE CRUDOS PESADOS Y
EXTRA PESADOS.
AUTOR O AUTORES:
Gómez Barrera Cristian Esteban
FECHA DE ENTREGA DEL PROYECTO
DE TITULACIÓN:
08 de diciembre de 2016
DIRECTOR DEL PROYECTO DE
TITULACIÓN:
Ing. Fausto René Ramos Aguirre
PROGRAMA
PREGRADO POSGRADO
TITULO POR EL QUE OPTA: Ingeniero de Petróleos
iv
RESUMEN:
Este trabajo realizo cálculos de la distribución
de vapor de una formación que contiene crudo
pesado mediante la aplicación del método de
inyección de vapor asistido por gravedad
(SAGD). Se determinó la cantidad de energía
térmica que se debe suministrar a la
formación para que aumente su temperatura
inicial de 180°F a 350°F lo que permitirá que
el crudo disminuya su viscosidad y aumente
su movilidad, se tomó en cuenta las pérdidas
de calor durante el proceso. Los cálculos de la
cantidad de energía se realizaron utilizando
ecuaciones que determinar las propiedades
térmicas de roca y fluidos, a este valor se
adiciona las pérdidas de calor, para encontrar
las pérdidas se empleó tablas que dependen
del diámetro de la tubería por la cual se
inyecta el vapor. La energía total que se
encontró para todo el sistema fue de
para generar esta cantidad de
energía fue empleado un generador cuyo
combustible fue diésel su valor calórico es de
aproximadamente
la cantidad de diésel
que se determino fue de 92 barriles diarios lo
que genera una masa de
la cual fue distribuida
mediante tres pozos ,
y la conclusión a la que a
que se llegó es que la distribución fue
homogénea por la correcta distribución de
distancias de las tuberías de inyección de
vapor . Comparando la tubería con
aislamiento de magnesio y la tubería desnuda
cuya diferencia es
, la gran
diferencia lleva a la conclusión es necesario el
uso de aislamiento en el proceso de inyección
de vapor para así evitar pérdidas de calor
v
innecesarias, aprovechar el vapor y recuperar
el crudo.
PALABRAS CLAVES:
Recuperación Mejorada, SAGD,
distribución de vapor Propiedades
térmicas roca y fluidos
ABSTRACT:
The present work makes a calculation of the
vapor distribution of a heavy weight-containing
formation by the use of the Gravity Assisted
Vapor Injection (SAGD) method. Also
emphasizes the amount of thermal energy that
can be supplied to the formation so that its
initial temperature of 180 ° F to 350 ° F, which
allows the crude to decrease its viscosity and
its mobility, was taken into account losses
during the process. Calculations of the amount
of energy are made using the equations that
determine the thermal properties of rock and
fluids, this value is added heat losses, to find
the losses are used tables depending on the
diameter of the pipe by which The total energy
that was found for the entire system was
to generate this amount of
energy was used a generator whose fuel was
daily its calorific value of approximately
the amount of diesel that Was determined to
be from 92 barrels per day which generates a
mass of
which was distributed through three wells
, y
la the conclusion reached
was homogeneous. Comparing tubing with
magnesium insulation and bare pipe the
difference is
, the big
vi
vii
viii
ix
x
ÍNDICE DE CONTENIDO
PÁGINA
RESUMEN xviii
ABSTRACT xix
1 INTRODUCCIÓN 1
2 MARCO TEÓRICO 3
2.1 DEFINICIÓN Y CLASIFICACIÓN DE CRUDOS PESADOS 3
2.2 INYECCIÓN DE VAPOR 4
2.2.1 METODOS EN LA INYECCIÓN DE VAPOR. 5
2.3 SEGREGACIÓN GRAVITACIONAL ASISTIDA POR VAPOR 5
2.3.1 FUNCIONAMIENTO 6
2.3.2 PROCESO DEL (SAGD) 7
2.4 CRITERIOS CLAVE PARA UNA OPERACIÓN EXITOSA PARA
PRODUCCIÓN DE CRUDO PESADO POR MÉTODO TÉRMICO. 8
2.5 PROPIEDADES TÉRMICAS ROCA Y FLUIDOS 9
2.5.1 PROPIEDADES TÉRMICAS DE LAS ROCA 9
2.5.1.1 Calor específico 9
2.5.1.2 Capacidad calorífica de rocas saturadas 9
2.5.1.3 Conductividad térmica ( ) 10
2.5.2 PROPIEDADES TÉRMICAS DEL PETROLEO 10
2.5.2.1 Saturación residual de petróleo 11
2.5.2.2 Grados API 12
2.5.2.3 Densidad 12
2.5.2.4 Densidad del petróleo 12
2.5.2.5 Viscosidad 13
2.5.2.6 Viscosidad Del Petróleo 13
2.5.2.7 Calor Específico de Hidrocarburos Líquidos Y Petróleos 15
2.5.2.8 Conductividad térmica del petróleo 15
2.5.2.9 Conductividad térmica de líquidos y gases 15
xi
PÁGINA
2.5.2.10 Difusividad térmica 16
2.5.3 PROPIEDADES TÉRMICAS DEL AGUA Y DEL VAPOR 16
2.5.3.1 Densidad del agua 16
2.5.3.2 Calor especifico de agua Saturada 16
2.5.3.3 Conductividad térmica del agua 17
2.5.3.4 Temperatura de saturación del agua 17
2.5.3.5 Calor específico del agua y del vapor 17
2.5.3.6 Calor sensible del agua 17
2.5.3.7 Calor latente de vaporización 19
2.5.3.8 Calor total o entalpia del vapor seco y saturado 19
2.5.3.9 Calidad del vapor y vapor húmedo 19
2.5.3.10 Entalpia Disponible 20
2.5.3.11 Volumen Específico 21
2.5.3.12 Densidad Del Vapor 21
2.5.3.13 Viscosidad del vapor 22
2.5.3.14 Vapor Sobrecalentado 22
2.5.4 DETERMINACIÓN DE LA CALIDAD DE VAPOR 22
2.5.5 TABLAS DE VAPOR 23
2.5.5.1 Datos de las tablas de vapor: 24
2.5.6 MEDICION DEL FLUJO DE VAPOR 25
2.5.7 DISTRIBUCION DEL VAPOR 27
2.5.8 MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR 27
2.5.8.1 Conducción 27
2.5.8.2 Radiación 28
2.5.8.3 Convección 28
2.6 PÉRDIDAS DE CALOR DURANTE LA TRANSMISIÓN DE FLUIDOS
CALIENTES 29
2.6.1 PÉRDIDAS DE CALOR EN TUBERÍA 30
2.6.1.1 Pérdidas de calor en tubería desnuda 30
2.6.1.2 Pérdidas de calor en tubería desnuda 30
xii
PÁGINA
2.6.2 EFICIENCIA TÉRMICA DEL GENERADOR DE VAPOR 31
2.6.3 CÁLCULOS DEL PETRÓLEO IN SITU 31
3 METODOLOGÍA 32
3.1 CÁLCULO DE LA CANTIDAD DE CALOR NECESARIO PARA LA
TEMPERATURA DE 180°F A 350°F. 32
3.1.1 CÁLCULO CAPACIDAD CALORÍFICA DE ROCA 32
3.1.1.1 Calcular las propiedades térmicas de las rocas. 33
3.1.1.2 Calcular las propiedades térmicas del petróleo. 33
3.1.1.3 Propiedades térmicas del agua. 33
3.1.1.4 Calcular la viscosidad del petróleo a 350°F 33
3.1.2 DEFINIR EL VOLUMEN DE LA FORMACIÓN 34
3.2 ENCONTRAR LAS PÉRDIDAS DE CALOR DURANTE EL PROCESO
DE INYECCIÓN DE VAPOR. 34
3.2.1 PÉRDIDAS DE CALOR EN LA TUBERIA 34
3.2.2 PÉRDIDAS DE CALOR EN LÍNEAS DE SUPERFICIE 35
3.2.3 CALCULAR LA CALIDAD DE VAPOR FRENTE A LA
ARENA PRODUCTORA 35
3.2.3.1 Propiedades térmicas del vapor 35
3.3 DETERMINAR LA CANTIDAD DE COMBUSTIBLE QUE DEBE SER
UTILIZADO PARA LA GENERACIÓN DE VAPOR. 36
3.3.1 CÁLCULO DEL VALOR CALORIFICO 36
3.3.2 CÁLCULO DEL CALOR TOTAL 36
3.3.3 CÁLCULO DE LA CANTIDAD DE DIESEL A CONSUMIR 36
3.3.4 CÁLCULO DE LA TASA DE AGUA Y VAPOR 37
3.3.5 CÁLCULO CALOR TOTAL GANADO POR EL VAPOR 37
3.4 DISTRIBUCIÓN DEL VAPOR DESDE EL GENERADOR A LA
FORMACIÓN MEDIANTE TRES POZOS. 37
3.4.1.1 Distribución de flujo de vapor para tres pozos 37
xiii
PÁGINA
4 ANÁLISIS Y RESULTADOS 38
4.1 CÁLCULO DE LA CANTIDAD DE CALOR NECESARIO PARA
ELEVAR LA TEMPERATURA DE 180°F A 350°F 38
4.1.1 CALCULAR LAS PROPIEDADES TÉRMICAS DE LA ROCA. 39
4.1.2 CALCULAR LAS PROPIEDADES DEL PETROLEO 39
4.1.3 CALCULAR LAS PROPIEDADES TÉRMICAS DEL AGUA 40
4.1.4 CÁLCULO CALOR NECESARIO 40
4.1.5 ANÁLISIS DE LA CANTIDAD DE ENERGÍA 41
4.1.6 CÁLCULO DE LA VISCOSIDAD 41
4.1.6.1 Análisis de viscosidad 41
4.2 CÁLCULO DE LAS PÉRDIDAS DE CALOR 42
4.2.1 CÁLCULOS TUBERÍA DESNUDA 42
4.2.2 CÁLCULOS DE PÉRDIDAS EN LÍNEAS DE SUPERFICIE 42
4.2.3 ANÁLISIS DE PERDIDAS 43
4.2.4 CÁLCULOS DE LA CALIDAD DEL VAPOR 44
4.2.4.1 Pérdidas de calor 44
4.2.4.2 Calor en el fondo del pozo 45
4.2.4.3 Calidad del vapor frente a la arena productora 45
4.2.5 ANÁLISIS DE LA CÁLIDA EN EL FONDO DEL POZO 45
4.3 DETERMINAR LA CANTIDAD DE COMBUSTIBLE QUE DEBE SER
UTILIZADO PARA LA GENERACIÓN DE VAPOR. 46
4.3.1 CÁLCULO DEL VALOR CALORIFICO DEL DIÉSEL 46
4.3.2 CÁLCULO DEL CALOR TOTAL 46
4.3.3 CÁLCULO DE LA CANTIDAD DE DIESEL A CONSUMIR 46
4.3.4 CÁLCULO DE TASA DE AGUA Y VAPOR 47
4.3.5 CÁLCULO CALOR TOTAL GANADO POR EL VAPOR 47
4.3.6 ANÁLISIS DE LA CANTIDAD DE DIÉSEL. 48
xiv
PÁGINA
4.3.7 CÁLCULOS DEL PETRÓLEO IN SITU 48
4.3.8 CALCULO DE PETRÓLEO RESIDUAL. 48
4.4 DISTRIBUCIÓN DE FLUJO DE VAPOR PARA TRES POZOS 49
4.4.1 ANÁLISIS DE LA DISTRIBUCIÓN DE VAPOR 49
5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 44
CONCLUSIONES 44
RECOMENDACIONES 44
BIBLIOGRAFÍA 51
ANEXOS 52
xv
ÍNDICE DE TABLAS
PÁGINA
Tabla 1 Características Físicas De Crudos Pesados Y Extra Pesados 3
Tabla 2 Tablas de vapor 24
Tabla 3 Pérdidas de calor en tubería desnuda 30
Tabla 4 Pérdidas de calor en tubería aislada 31
Tabla 5 Datos proporcionados por estudios de campo 38
Tabla 6 Propiedades Térmicas De Las Rocas 39
Tabla 7 Propiedades Térmicas Del Petróleo 39
Tabla 8 Propiedades Térmicas Del Agua 40
Tabla 9 Cantidad de energía para formación 40
Tabla 10 Viscosidad a 350°F 41
Tabla 11 Tubería Desnuda lectura 42
Tabla 12 Pérdidas de calor en sub suelo 42
Tabla 13 Pérdidas En Líneas De Superficie lectura 43
Tabla 14 Pérdidas de calor en superficie 43
Tabla 15 Vapor en superficie 44
Tabla 16 Vapor frente a la arena productora 45
Tabla 17 Valor calórico del diésel 46
Tabla 18 Entalpía ganada por el vapor 47
Tabla 19 Petróleo In Situ 48
Tabla 20 Petróleo residual 48
Tabla 21 Distribución de flujo de vapor para cada pozo 49
xvi
ÍNDICE DE FIGURAS
PÁGINA
Figura 1 Distribución de reservas de petróleo en el mundo 4
Figura 2 Inyección de vapor asistida por gravedad (SAGD) 5
Figura 3 Drene de la cima o techo de la cámara de vapor y drene. 6
Figura 4 Método SAGD, dos pozos horizontales paralelos. 7
Figura 5 Calor Sensible, Calor Latente de Vaporización 18
Figura 6 Conexión típica de la celda de presión diferencial. 25
Figura 7 Diagrama Esquemático de la Inyección de Vapor a dos Pozos 26
Figura 8 Pérdidas de calor 29
xvii
ÍNDICE DE ANEXOS
PÁGINA
ANEXO 1 52
ANEXO 2 53
xviii
RESUMEN
Este trabajo realizo cálculos de la distribución de vapor de una formación
que contiene crudo pesado mediante la aplicación del método de inyección
de vapor asistido por gravedad (SAGD). Se determinó la cantidad de energía
térmica que se debe suministrar a la formación para que aumente su
temperatura inicial de 180°F a 350°F lo que permitirá que el crudo disminuya
su viscosidad y aumente su movilidad, se tomó en cuenta las pérdidas de
calor durante el proceso. Los cálculos de la cantidad de energía se
realizaron utilizando ecuaciones que determinar las propiedades térmicas de
roca y fluidos, a este valor se adiciona las pérdidas de calor, para encontrar
las pérdidas se empleó tablas que dependen del diámetro de la tubería por
la cual se inyecta el vapor. La energía total que se encontró para todo el
sistema fue de
para generar esta cantidad de energía fue
empleado un generador cuyo combustible fue diésel su valor calórico es de
aproximadamente
la cantidad de diésel que se determino fue de 92
barriles diarios lo que genera una masa de
la cual
fue distribuida mediante tres pozos , y
la conclusión a la que a que se llegó es que la distribución fue
homogénea por la correcta distribución de distancias de las tuberías de
inyección de vapor . Comparando la tubería con aislamiento de magnesio y
la tubería desnuda cuya diferencia es
, la gran diferencia
lleva a la conclusión es necesario el uso de aislamiento en el proceso de
inyección de vapor para así evitar pérdidas de calor innecesarias,
aprovechar el vapor y recuperar el crudo.
PALABRAS CLAVES
Recuperación Mejorada, SAGD, Distribución de vapor, Propiedades
Térmicas de roca y fluidos
xix
ABSTRACT
The present work makes a calculation of the vapor distribution of a heavy
weight-containing formation by the use of the Gravity Assisted Vapor
Injection (SAGD) method. Also emphasizes the amount of thermal energy
that can be supplied to the formation so that its initial temperature of 180 ° F
to 350 ° F, which allows the crude to decrease its viscosity and its mobility,
was taken into account losses during the process. Calculations of the amount
of energy are made using the equations that determine the thermal
properties of rock and fluids, this value is added heat losses, to find the
losses are used tables depending on the diameter of the pipe by which The
total energy that was found for the entire system was
to
generate this amount of energy was used a generator whose fuel was daily
its calorific value of approximately
the amount of diesel that Was
determined to be from 92 barrels per day which generates a mass of
which was distributed through three wells
, y la the conclusion
reached was homogeneous. Comparing tubing with magnesium insulation
and bare pipe the difference is
, the big difference leads to
the conclusion that it is necessary to use insulation in the steam injection
process to avoid unnecessary heat losses, take advantage of the Steam and
recover the crude.
KEYWORDS
Improved recovery, SAGD, Steam distribution, Rock and fluid thermal
properties
1. INTRODUCCIÓN
1
1 INTRODUCCIÓN
Debido a la disminución de crudos livianos, las empresas se ven
obligadas a la producción de crudos pesados y extra pesados, para
producirlos existen varios métodos como los térmicos que se han
venido desarrollando entre ellos la inyección de vapor con el objetivo
de cambiar las características físicas como la reducción de la
viscosidad y ayuden la movilidad de este desde el subsuelo ha
superficie este método tiene inconvenientes en el momento de
mantener la calidad del vapor durante el proceso por eso un aspecto
importante es determinar el flujo del vapor dentro del proceso.
Debido a la diferencia de temperatura existente entre el vapor y el
medio ambiente que rodea las líneas de superficie (líneas que
transportan el fluido caliente hasta el cabezal del pozo) y la tubería de
inyección en el hueco del pozo, parte del contenido de calor del fluido
que fluye se pierde antes de llegar a la formación.
Ecuador no es la excepción el campo Pungarayacu contiene el mayor
depósito de crudo de la cuenca Oriente con al menos de 7 000 000
000 de barriles de estos tipos de crudos, lo que ha llevado
obligatoriamente a buscar métodos de recuperación que proporcionen
energía mediante introducción de calor en los yacimientos
petrolíferos para mejorar o acelerar la extracción de petróleo.
Uno de los procesos de inyección de vapor que se debe usar en los
crudos que posee el oriente Ecuatoriano es el método de Segregación
Gravitacional Asistida por Vapor SAGD (Steam Assisted Gravity
Drainage) o también nombrado como Escurrimiento Asistido por
Vapor y Gravedad
2
El conocimiento de las propiedades de los fluidos pesados es
fundamental para decidir los mejores métodos de extracción,
producción y procesamiento de un campo.
OBJETIVO GENERAL:
Calcular la distribución de vapor para pozos productores de crudos pesados
y extra pesados con tecnología de Segregación Gravitacional Asistida por
Vapor (SAGD).
OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
Calcular la cantidad de energía que debe suministrarse a la
formación para llegar la temperatura deseada.
Calcular las pérdidas de calor durante el proceso de inyección y
distribución de vapor a la formación.
Calcular la cantidad de combustible que se debe utilizar para la
generación el vapor y su distribución hacia los pozos.
2. MARCO TEÓRICO
3
2 MARCO TEÓRICO
La recuperación de crudos pesados y extra pesados requiere de gran
energía y una alta inversión de capitales debido a su alta viscosidad, baja
productividad y alto contenido de contaminantes.
Dentro de los métodos de recuperación térmica la inyección de vapor es muy
utilizada y constantemente desarrollada en la industria. Ya que permite la
reducción de viscosidad del crudo y mejorar la movilidad.
Las pruebas de laboratorio brindan información acerca de los atributos
físicos de las formaciones, las reservas de crudo pesado necesitan mayor
estudio por su dificultad para ser recuperados. El equipo de laboratorio debe
ser capaz de recrear condiciones de presión y temperatura para que estos
crudos empiecen a fluir y así reproducir las condiciones en el sub suelo.
2.1 DEFINICIÓN Y CLASIFICACIÓN DE CRUDOS PESADOS
Tabla 1 Características Físicas De Crudos Pesados Y Extra Pesados
TIPO DE CRUDO °API Densidad
Viscosidad
µ = c.P
CRUDO PESADO
10-22,3
1,0-0.92
100- 10 000
CRUDO EXTRA
PESADO
9.9
1
≤10 000
BITUMEN
>9.9
>1,0
<10 000
Los valores de °API determinan incluso el precio
(GPA, 2009)
4
Este tipo de crudos se cotiza a un menor precio que los crudos livianos por
su dificultad de procesar, también se toma en cuenta su alto contenido de
azufre y metales pesados. La productividad, el transporte y la
comercialización son complicadas. Por lo tanto, la explotación exitosa del
crudo pesado requiere planeación y una ejecución cuidadosas.
Figura 1 Distribución de reservas de petróleo en el mundo
(JALIFE, 2011)
2.2 INYECCIÓN DE VAPOR
El proceso de inyección de vapor es una de las técnicas dominantes en la
recuperación mejorada de la extracción de petróleo pesado la inyección de
vapor es un proceso mediante el cual se suministra energía térmica al
yacimiento inyectando vapor de agua. El proceso de inyección se puede dar
de dos formas continua o alternada.
Los principales mecanismos que contribuyen al desplazamiento del petróleo
de este tipo de proceso son: la expansión térmica de fluidos del yacimiento,
la reducción de la viscosidad del petróleo y la destilación con vapor, siendo
este último es quizás el más significativo.
Hay cuatro factores clave para una operación efectiva y eficiente de
recuperación mejorada:
5
Generación eficiente de vapor.
Distribución efectiva de vapor, en la superficie y en el subsuelo.
Monitoreo efectivo de la producción.
Monitoreo efectivo del calor y la saturación en el yacimiento.
2.2.1 METODOS EN LA INYECCIÓN DE VAPOR.
Inyección continúa de vapor para barrido.
La estimulación cíclica por vapor de agua (css)
Segregación gravitacional asistida por vapor (sagd)
2.3 SEGREGACIÓN GRAVITACIONAL ASISTIDA POR
VAPOR (SAGD)
Figura 2 Inyección de vapor asistida por gravedad (SAGD)
(Hidrocarburos, 2012)
Este mecanismo de recuperación tiene un proceso es la inyección de vapor
en la parte inferior del yacimiento, este vapor inyectado por efecto de la
6
densidad sube a la parte superior del yacimiento, y el condensado junto con
el petróleo al cual se le ha cambiado sus características la más
representativa la reducción de viscosidad lo que le permite caer al fondo
debido a la gravedad, los cuales son producidos, mientras el bitumen es
drenado a la superficie, el espacio poroso que inicialmente se encontraba
saturado con petróleo es ocupado por el vapor.
2.3.1 FUNCIONAMIENTO
Este sistema funciona porque existe una trasferencia de energía térmica a la
formación y al petróleo ocurre por la condensación del vapor en los límites
de la cámara de vapor. El calor latente liberado por el vapor, se transfiere a
la formación principalmente por conducción. Por tal motivo el flujo de vapor
condensado (agua caliente) y petróleo ocurre en dirección perpendicular a la
dirección del flujo de calor por conducción.
Figura 3 Drene de la cima o techo de la cámara de vapor y drene a los costados de la
cámara de vapor.
(Schulmberger, 2006)
7
2.3.2 PROCESO DEL (SAGD)
El (SAGD) es un método que sirve para la recuperación de crudos pesados y
extra pesados. En este sistema se perfora un par de pozos horizontales
paralelos, situándose un pozo a unos 5 ó 7 m [16 a 23 pies] por encima del
otro. Lo que se busca al inyectar el vapor en el pozo superior es que al subir
por efecto de gravedad disminuya la viscosidad de este tipo de crudos.
El vapor inyectado calienta el petróleo pesado, reduciendo su viscosidad. La
gravedad hace que el petróleo movilizado fluya en sentido descendente,
hacia el productor horizontal inferior. La comunicación inicial se establece
entre el inyector y el productor mediante inyección de vapor, vapor cíclico o
inyección de solvente.
El factor de recuperación estimado para este método oscila entre 50 y 70%.
No obstante, la estratificación de la formación puede incidir
significativamente en la recuperación SAGD.
Figura 4 Método SAGD, dos pozos horizontales paralelos, por uno se inyecta vapor y por el
otro se produce aceite pesado
(Schulmberger, 2006)
8
2.4 CRITERIOS CLAVE PARA UNA OPERACIÓN EXITOSA
PARA PRODUCCIÓN DE CRUDO PESADO POR MÉTODO
TÉRMICO.
• Profundidad: La mayoría de procesos se efectúan a menos de
2500 pies.
• Petroleum in situ: 1000BY/acre-pie.
• Porosidad: Debe ser entre 18%-20%
• Saturación de agua: En yacimiento la recuperación es solo del 7%
del petróleo in situ, éste se podría considerar como un candidato
para recuperación térmica.
• Segregación: Manejando esta característica es beneficiosa en la
recuperación.
• Heterogeneidad del yacimiento: Se refiere a la distribución de
capas permeables y no permeables su configuración puede o no
ser beneficiosa.
• Espesor de la arena: Para la inyección de vapor es conveniente
tener espesores moderadamente altos.
• Movilidad del petróleo: En petróleo inmóvil es esencial crear un
frete de calor.
(Douglas, 2002)
Los hidrocarburos y sus productos derivados, son mezclas bastante
complejas. Para caracterizar los productos que se pueden obtener a partir de
los hidrocarburos así como determinar la calidad de estos se necesita las
diferentes propiedades físico-químicas las que influyen en forma directa con
los costos de producción y de comercialización, consecuentemente la
calidad del petróleo incide directamente con las tecnologías que van a ser
empleadas, dentro de las actividades de explotación, transporte,
almacenamiento, industrialización y comercialización.
9
2.5 PROPIEDADES TÉRMICAS ROCA Y FLUIDOS
Para calcular la cantidad de calor necesaria que se debe suministrar a la
formación para llegar a la temperatura deseada es necesario calcular los
siguientes parámetros.
2.5.1 PROPIEDADES TÉRMICAS DE LAS ROCA
2.5.1.1 Calor específico
[1]
(Douglas, 2002)
Dónde:
Calor especifico
T: Temperatura ºF
2.5.1.2 Capacidad calorífica de rocas saturadas
En procesos térmicos una propiedad térmica de gran interés para el diseño
de estos es la capacidad calorífica de las rocas con propósitos de
recuperación secundaria.
( ) [2]
(Douglas, 2002)
10
Dónde:
M: capacidad calorífica
S: saturación de fluidos, fracción
c: calor especifico
: Densidad
2.5.1.3 Conductividad térmica ( )
[ ]
[3]
(Douglas, 2002)
Dónde:
: Conductividad térmica de la roca
S: saturación de fluidos, fracción
T: temperatura en ºF
Porosidad, fracción
2.5.2 PROPIEDADES TÉRMICAS DEL PETROLEO
Entre las propiedades térmicas más importantes de los fluidos en la
recuperación térmica son: la viscosidad, la densidad, el calor específico y la
conductividad térmica en menor grado.
11
2.5.2.1 Saturación residual de petróleo
Saturación residual de petróleo remanente en la zona de vapor, después del
paso del vapor, Sorst, es usada en cálculos de recuperación térmica
[4]
(Douglas, 2002)
Dónde:
Viscosidad del petróleo muerto
La saturación residual de petróleo para el SAGD viene dado por la siguiente
ecuación.
(
)
[5]
(Ramos, 2013)
Dónde:
Saturación residual del petróleo, (fracción)
Viscosidad cinemática del vapor,
Porosidad, (fracción)
H = Espesor, m)
K = Permeabilidad,
g = gravedad,
t = tiempo, (D)
12
2.5.2.2 Grados API
A mayor grado API más liviano es el hidrocarburo, por lo tanto esta en
relación inversa a la densidad. Para transformar la densidad de un petróleo
expresada en g/cm3 a grados API, se aplica la siguiente ecuación:
[6]
(Ramos, 2013)
Dónde:
= Gravedad especifica del petróleo
2.5.2.3 Densidad
[7]
Dónde:
= Densidad (
)
m = Masa de una sustancia (g)
V = Volumen ( )
2.5.2.4 Densidad del petróleo
[8]
Esto en condiciones normales si se desea obtener el valor de la densidad a
otra temperatura se utiliza la siguiente ecuación.
[9]
13
2.5.2.5 Viscosidad
[
] [
] (Definición)
La viscosidad aumenta con el peso específico y la baja de temperatura, y no
es la misma para aceites de igual peso específico, debido a que su
composición química es diferente.
2.5.2.6 Viscosidad del Petróleo
Por lo general, la viscosidad del petróleo disminuye con aumento de
temperatura.
Ecuación de Andrade nos permitirá encontrar una tercera viscosidad a partir
de dos en el trabajo se necesita una viscosidad entre 180°F y 350°F la
podemos encontrar una vez encontrada a 350°F.
⁄ [10]
[11]
Dónde:
Viscosidad, en cp
= temperatura, en grados absolutos: R o K
=son constantes
Carta ASTM de viscosidad-temperatura se utilizan con las siguientes
ecuaciones.
14
[12]
(Douglas, 2002)
(
)
(
){ [ ] [ ]} [13]
Correlación de Beggs, H.D. y Robinson, J.R
[14]
Dónde:
=viscosidad del aceite saturado ciertas condiciones de P y (T en
ºF); en cP y
=viscosidad del aceite muerto o estabilizado, en cP
[
]
Para el petróleo muerto (Sin gas)
Correlación de Beggs, H.D. y Robinson, J.R
[15]
[16]
[17]
[18]
(Bánzer, 1996)
15
2.5.2.7 Calor Específico de Hidrocarburos Líquidos Y Petróleos
√ [19]
(Douglas, 2002)
Dónde:
= Calor especifico del petróleo
= Gravedad especifica del petróleo
2.5.2.8 Conductividad térmica del petróleo
[ ]
√ [20]
(Douglas, 2002)
Dónde:
Conductividad térmica del petróleo
= Gravedad especifica del petróleo
2.5.2.9 Conductividad térmica de líquidos y gases
En la mayoría de los líquidos la conductividad térmica, especialmente
líquidos orgánicos, varía entre 0.05 y 0.2 BTU/hr-pie-ºF y normalmente su
valor disminuye con aumento de temperatura.
16
2.5.2.10 Difusividad térmica
Relación entre la capacidad calorífica y la conductividad eléctrica
2.5.3 PROPIEDADES TÉRMICAS DEL AGUA Y DEL VAPOR
Es necesario conocer sus propiedades correctamente y entenderlas para
que cuando se deba utilizar en los proceso ya sea como agua calienta o
vapor se aprecie y se pueda manejar adecuadamente la energía calorífica.
2.5.3.1 Densidad del agua
La densidad del agua temperatura de saturación.
[21]
(Douglas, 2002)
[22]
(Douglas, 2002)
Dónde:
Densidad del agua
2.5.3.2 Calor especifico de agua Saturada
[23]
(Douglas, 2002)
17
Dónde:
Calor especifico
T = Temperatura, ºF
2.5.3.3 Conductividad térmica del agua
El agua es una excepción la conductividad térmica sube cuando aumenta la
subir la temperatura, hasta 130 C(valor máximo=0,398 mili cal/(seg-cm-K)
[24]
2.5.3.4 Temperatura de saturación del agua
[25]
(Douglas, 2002)
Dónde:
Ts= Temperatura de saturación, °F
Ps= Presión de saturación, lpca
2.5.3.5 Calor específico del agua y del vapor
El calor especifico no es constante en una sustancia depende de la
temperatura a la que se lo mide.
2.5.3.6 Calor sensible del agua
Aumenta con la presión, es decir, a mayor presión del sistema, la energía de
un líquido saturado es mayor.
18
[26]
(Douglas, 2002)
[27]
(Douglas, 2002)
Dónde:
Hw: entalpía del agua saturada o calor sensible, en BTU/lb
Ts: temperatura de saturación, en °F
: Calor específico del agua, 1,0 lb*F/BTU
Puesto que la temperatura de saturación es función de la presión, es
evidente que el calor sensible también lo será.
Figura 5 Calor Sensible, Calor Latente de Vaporización y Entalpía Del Vapor Seco y
Saturado en Función de la Presión de Saturación.
(Douglas, 2002, pág. 64)
19
2.5.3.7 Calor latente de vaporización
El calor latente de vaporización del agua puede leerse de tablas de vapor o
mediante la siguiente ecuación.
[28]
(Douglas, 2002)
Donde:
Lv : calor latente de vaporizacón, en
2.5.3.8 Calor total o entalpia del vapor seco y saturado
Dado que la entalpía del vapor seco y saturado depende del calor sensible y
del calor latente de vaporización, entonces el calor total también depende de
la presión tal como se muestra en la Figura 5 y su ecuación es la siguiente:
[ – ]
[29]
(Douglas, 2002)
Dónde:
: Entalpía del vapor seco y saturado, en
2.5.3.9 Calidad del vapor y vapor húmedo
Es un factor de medición de gran importancia en mecanismo de
recuperación que utilice vapor para la generación de energía térmica en las
20
formaciones, normalmente se usa vapor con una calidad entre 80% y 90%
depende del agua que se utilice y su tratamiento
Así en referencia el vapor seco saturado tiene una calidad de 100%
disminuye cuanto más aumente su fase liquida viene dada por la ecuación
que la relaciona.
[30]
(Douglas, 2002)
Dónde:
: Calor Total o Entalpía del vapor húmedo, en
: Calor Sensible del Agua o Entalpía del agua saturada, en
: Calor del Vapor o Calor Latente de Vaporización, en
X: Calidad del Vapor, fracción
El aporte del calor latente al color del vapor húmedo se reduce si se reduce
la calidad del vapor.
2.5.3.10 Entalpia Disponible
Si el vapor a una presión Ps (temperatura Ts) es inyectado a un yacimiento
de temperatura Tr, entonces la entalpía disponible para calentar el
yacimiento viene dada por:
[31]
(Douglas, 2002)
Dónde:
21
: Entalpía disponible, en
: Calor específico promedio del agua, en el rango de temperatura
considerado, en
Tr: temperatura del yacimiento, en
2.5.3.11 Volumen Específico
[32]
(Douglas, 2002)
Dónde:
: Volumen específico del vapor húmedo, en
: Volumen específico del vapor seco y saturado, en
: Volumen específico del agua saturada, en
A bajas presiones, el volumen específico del agua satura da es despreciable
en comparación al del vapor saturado.
2.5.3.12 Densidad Del Vapor
Se puede obtener su valor de tablas de vapor utilizando valores del volumen
específico del vapor seco y saturado (Considerando que la densidad en
= 0.016018463/volumen específico del vapor seco y saturado, en
).
22
Para presiones de hasta 1 000 lpca, la densidad del vapor seco y saturado
puede ser determinada mediante la siguiente ecuación derivada por Farouq:
[33]
(Douglas, 2002)
Dónde:
Densidad del vapor seco y saturado, en
.
2.5.3.13 Viscosidad del vapor
( )
2.5.3.14 Vapor Sobrecalentado
Cuando le usa para fines industriales el uso del vapor sobrecalentado es
ventajoso; sin embargo, en recuperación térmica está en duda si es
beneficioso utilizarlo, por lo menos mientras se utilicen los tipos de
generadores disponibles en la actualidad.
2.5.4 DETERMINACIÓN DE LA CALIDAD DE VAPOR
El correcto cálculo de la calidad de vapor y seguimiento durante proceso nos
permite tener un sistema eficiente cuando hablamos de recuperación
térmica utilizando el vapor para transferir calor a las formaciones.
Método del separador
Método de los cloruros
23
(
) [34]
Método de la conductividad eléctrica
(
) [35]
Dónde:
Es la conductividad eléctrica
Método del medidor de orificio
El caudal de un fluido (q) con una densidad a través de una tubería de
diámetro d y con un diferencial de presión se calcula mediante la
siguiente ecuación.
√
√
[36]
(Douglas, 2002)
Dónde:
q = tasa de flujo del líquido, en
= diferencial de presión, en pulgadas de agua
= densidad del fluido, en
2.5.5 TABLAS DE VAPOR
Con ecuaciones se puede determinar las propiedades del vapor del agua y
del vapor, para cálculos más rápidos resulta más cómodo utilizar tablas de
vapor que dan datos de las dichas propiedades.
24
2.5.5.1 Datos de las tablas de vapor:
Temperatura y presión del agua
Volumen especifico en fase liquida, fase vapor y fase liquido más
vapor
Entalpias del agua saturada, calor latente de vaporización, entalpía
del vapor seco y saturado.
Tabla 2 Tablas de vapor
(Douglas, 2002)
25
2.5.6 MEDICION DEL FLUJO DE VAPOR
La medición del flujo de vapor en aplicaciones de campo es complicada,
dado que la medición debe ser realizada en la región bifásica. Existen
correlaciones adecuadas para medir el vapor saturado o sobrecalentado,
pero que no se aplican cuando la calidad del vapor es inferior a 90%.
Figura 6 Conexión típica de la celda de presión diferencial a la línea de flujo de vapor.
(Douglas, 2002)
Para el caso de un solo generador podemos calcular el flujo de vapor a cada
pozo con la siguiente ecuación.
[37]
(Douglas, 2002)
26
Dónde:
W = tasa de flujo de vapor,
C = constante del medidor de orificio
Δp = presión diferencial, pulgadas de agua
Luego, considerando las suposiciones establecidas, la relación entre los
pozos 1 y 2, será:
[38]
(
)
[39]
(Douglas, 2002)
Figura 7 Diagrama Esquemático de la Inyección de Vapor a dos Pozos
(Douglas, 2002)
27
2.5.7 DISTRIBUCION DEL VAPOR
Es preferible tener distancias cortas desde el generador de vapor a los
pozos, ya que se disminuirían las pérdidas de calor y las condiciones de
diseño serán mínimas. De acuerdo a Alvarado (2002) si la distancia del
generador de vapor al cabezal del pozo excede de unos 100 pies las
consideraciones de diseño se multiplicarán.
2.5.8 MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR
Los mecanismos básicos de transferencia de calor son: conducción,
radiación y convección, aunque una inspección detallada del mecanismo de
convección revela que este es una combinación de los mecanismos de
radiación y conducción.
2.5.8.1 Conducción
[40]
(Douglas, 2002)
Dónde:
Qc = Tasa de flujo de calor por conducción en BTU/h
A = Área a través de la cual ocurre el flujo en pie2
= Gradiente de temperatura en F/pie
KH = Conductividad térmica del material en
28
2.5.8.2 Radiación
(
) [41]
(Douglas, 2002)
Dónde:
Tasa de flujo de calor por radiación
2.5.8.3 Convección
| | [42]
(Douglas, 2002)
Dónde:
Tasa de flujo de calor por convección
29
2.6 PÉRDIDAS DE CALOR DURANTE LA TRANSMISIÓN DE
FLUIDOS CALIENTES
Figura 8 Pérdidas de calor
(Douglas, 2002)
Perdidas de calor en sistema de inyección de vapor se dan en
Unidad térmica o fuente de calor
30
En las líneas de inyección de superficie
En el cabezal de inyección
El pozo
Finalmente en la formación y en los estratos adyacentes
2.6.1 PÉRDIDAS DE CALOR EN TUBERÍA
2.6.1.1 Pérdidas de calor en tubería desnuda
Tabla 3 Pérdidas de calor en tubería desnuda
(Douglas, 2002)
2.6.1.2 Pérdidas de calor en tubería desnuda
En el sistema de inyección estas son pérdidas que se dan del generador al
cabezal del pozo.
31
Tabla 4 Pérdidas de calor en tubería aislada
(Douglas, 2002)
2.6.2 EFICIENCIA TÉRMICA DEL GENERADOR DE VAPOR
Estos generadores pueden ser utilizados con petróleo y gas su calidad
normalmente es de 80%. Con mejoras en los diseños de generador de vapor
pueden operar con eficiencias de un 80 al 90 %.
(
) [43]
(Douglas, 2002)
2.6.3 CÁLCULOS DEL PETRÓLEO IN SITU (EN SITIO)
[44]
(Douglas, 2002)
3. METODOLOGÍA
32
3 METODOLOGÍA
La metodología al aplicar en este presente trabajo fue la siguiente:
Calcular de la cantidad de energía térmica necesaria para
elevar la temperatura de la formación de 180°F a 350°F.
Encontrar las pérdidas de calor durante el proceso de
inyección de vapor.
Determinar la cantidad de combustible que debe ser
utilizado para la generación de vapor.
Elaborar un sistema distribución del vapor desde el
generador a la formación mediante tres pozos
Todos los cálculos se realizaron en el capítulo cuatro.
3.1 CÁLCULO DE LA CANTIDAD DE CALOR ES EL
NECESARIO PARA ELEVAR LA TEMPERATURA DE LA
FORMACIÓN DE 180°F A 350°F.
Los cálculos para determinar la cantidad de calor que necesita el sistema
para elevar la temperatura del reservorio de 180 ºF a 350 ºF las ecuaciones
utilizadas son las descritas anteriormente.
Los datos que se utilizaron en este trabajo son similares a los que tienen los
crudos que posee Pungarayacu y las dimensiones de la formación es un
ambiente donde se puede aplicar el método.
3.1.1 CÁLCULO DE CAPACIDAD CALORÍFICA DE ROCA SATURADA
Para la capacidad calorífica de la roca fue necesario obtener los
siguientes parámetros este método de cálculo mediante ecuaciones.
33
3.1.1.1 Cálculo de las propiedades térmicas de las rocas.
Calor específico : se calcula con la ecuación [1]
Capacidad calorífica : se calcula con la ecuación [2]
Conductividad térmica : se calcula con la ecuación [3]
3.1.1.2 Cálculo de las propiedades térmicas del petróleo.
Densidad del petróleo : se calcula con la ecuación [8]
Calor Específico del Petróleos : se calcula con la ecuación [19]
Conductividad térmica : se calcula con la ecuación [20]
3.1.1.3 Cálculo de las Propiedades térmicas del agua.
Densidad del agua : se calcula con la ecuación [21]
Factor G : se calcula con la ecuación [22]
Calor especifico de agua Saturada : se calcula con la ecuación [23]
3.1.1.4 Cálculo de la viscosidad del petróleo a 350°F
Como el objetivo de inyectar vapor es cambiar las características del crudo
se debe calcular la viscosidad a 350°F para saber si disminuye, así será
más fácil recupéralo.
34
3.1.2 DEFINIR EL VOLUMEN DE LA FORMACIÓN
El volumen fue calculado en pies cúbicos así fue relacionado con la
capacidad calorífica y el diferencial de temperatura así se obtuvo obtendrá
la cantidad de calor energía en BTU.
3.2 CÁLCULO DE PÉRDIDAS DE CALOR DURANTE EL
PROCESO DE INYECCIÓN DE VAPOR.
Existen pérdidas de calor que se dan en el generador líneas de superficie y
también tubería, con la información de la temperatura y el uso de tablas se
cuantificaron estas pérdidas para elaborar un correcto funcionamiento al
momento suministrar calor mediante la inyección de vapor.
3.2.1 CÁLCULO DE PÉRDIDAS DE CALOR EN LA TUBERIA
Se definió el diámetro de la tubería en 3 pulgadas para las dimensiones del
pozo el vapor será inyectado a la formación mediante tres tuberías del
mismo diámetro y la longitud será distinta para tener un valor diferente entre
cada una así comparar valores.
Las pedidas en tubería fueron obtenidas de (tabla 4) para la
temperatura que es necesaria de 350°F no hay en dicha tabla
interpolaremos de los valores de 200°F y 400°F con.
Una vez obtenido dicho valor fue multiplicamos por el área interna de
la tubería así tendremos las pérdidas por hora en la tubería.
35
3.2.2 CÁLCULO DE PÉRDIDAS DE CALOR EN LÍNEAS DE SUPERFICIE
El vapor será inyectado a la formación mediante tres tuberías del mismo
diámetro que son de 3 tres pulgadas este será el mismo para las líneas de
superficie.
Las pedidas en tubería fue obtenidas de la tabla 5 para la temperatura
que necesitamos que es de 350°F no hay en dicha tabla
interpolaremos de los valores de 200°F y 400°F.
En la (tabla 5) el diámetro de la tubería viene incluido, al valor
obtenido a 350°F se lo multiplica solo por la longitud.
3.2.3 CÁLCULO DE LA CALIDAD DE VAPOR FRENTE A LA ARENA
PRODUCTORA
Para esta parte asumimos que la calidad de vapor en el generador es 99 %
así que la calidad frente a la arena productora será lo más alta posible
mejorando el método planteado.
3.2.3.1 Propiedades térmicas del vapor
Los siguientes parámetros fueron necesarios para calcular la calidad de
vapor en el fondo el método de sustitución de datos se los calculara para la
presión en el generador de vapor y la presión en el fondo que será menor.
Temperatura de saturación : se calcula con la ecuación [25]
Calor sensible : se calcula con la ecuación [26]
Calor latente : se calcula con la ecuación [28]
Calor total : se calcula con la ecuación [29]
36
Calor en el fondo del pozo : se calcula con la ecuación [29]
De La ecuación 31 se despeja la calidad que su valor es en fracción así que
se lo multiplica por 100 y se obtiene en porcentaje.
3.3 DETERMINAR LA CANTIDAD DE COMBUSTIBLE QUE
DEBE SER UTILIZADO PARA LA GENERACIÓN DE
VAPOR.
La eficiencia de un generador oscila entre 80% y 90% para esto usaremos
una eficiencia promedio de 85% la ecuación a utilizar es la [43] para esto hay
que calcular los siguientes parámetros.
3.3.1 CÁLCULO DEL VALOR CALORIFICO
El valor de densidad del diésel con un °API de 33 debe ser en
para ser
utilizado con la capacidad calorífica.
El valor calorífico del diésel se obtuvo de la tabla en el anexo 2
3.3.2 CÁLCULO DEL CALOR TOTAL
Este calor total es la suma de la cantidad de calor y las pérdidas
generadas esto en
.
3.3.3 CÁLCULO DE LA CANTIDAD DE DIESEL A CONSUMIR
Es la diferencia entre el calor total y el valor calorífico del diésel.
37
3.3.4 CÁLCULO DE LA TASA DE ALIMENTACIÓN DE AGUA Y VAPOR
Con el valor de la cantidad de energía que bebe suministrarse a la formación
y el tipo de combustible se calculó la tasa de inyección de vapor.
√
Es la relación entre caudal de agua y de vapor
Eficiencia térmica del generador
Temperatura de alimentación
Combustible consumido diésel
Valor calorífico del combustible
Presión de descarga del generador
Calidad del vapor
3.3.5 CÁLCULO DEL CALOR TOTAL GANADO POR EL VAPOR
Es el producto de la tasa de alimentación de agua, la densidad del diésel en
y el diferencial de entalpia.
3.4 DISTRIBUCIÓN DEL VAPOR DESDE EL GENERADOR A
LA FORMACIÓN MEDIANTE TRES POZOS.
3.4.1.1 Distribución de flujo de vapor para tres pozos
Se elabora un sistema de ecuaciones con [39] para obtener el flujo a cada
pozo y en la ecuación [38] remplazamos y obtenemos el valor para cada
pozo.
4. ANÁLISIS Y RESULTADOS
38
4 ANÁLISIS Y RESULTADOS
4.1 CÁLCULO DE LA CANTIDAD DE CALOR NECESARIO
PARA ELEVAR LA TEMPERATURA DE LA FORMACIÓN
DE 180°F A 350°F
Generalmente los datos litológicos son proporcionados por estudios de
campo estos son y características del fluido son de un crudos pesados en
esta parte se calcula las propiedades térmicas de fluidos y rocas esto a
condiciones los siguientes parámetros esto a 350 °F.
Tabla 5 Datos proporcionados por estudios de campo
Datos
so 0.8
sw 0.2
°API 17
Ge agua 0.999
viscosidad 20 000 cp
porosidad 0.25
Ti 180 °F
Tf 350 °F
2.4
0.201
𝐵𝑇𝑈
𝑙𝑏 𝐹
𝑔𝑟
𝑐𝑚
𝑔𝑟
𝑐𝑚
39
4.1.1 CALCULAR LAS PROPIEDADES TÉRMICAS DE LA ROCA.
Tabla 6 Propiedades Térmicas De Las Rocas
Roca
PARAMETRO VALOR UNIDADES
149.82
0.201
M 31.31
0.0423
4.1.2 CALCULAR LAS PROPIEDADES TÉRMICAS DEL PETROLEO
Tabla 7 Propiedades Térmicas Del Petróleo
Petróleo
PARAMETRO VALOR UNIDADES
0.953 Adimensional
0.559
1.327
149.83
𝜌𝑟 𝑙𝑏
𝑝𝑖𝑒
𝐶𝑟 𝐵𝑇𝑈
𝑙𝑏 𝐹
𝐵𝑇𝑈
𝑝𝑖𝑒 𝐹
𝛼 𝑝𝑖𝑒
𝐶𝑜 𝐵𝑇𝑈
𝑙𝑏 𝐹
𝑘 𝐵𝑇𝑈
𝒉 𝒑𝒊𝒆 𝑭
𝜌𝑜 𝑎 𝐹 𝑙𝑏
𝑝𝑖𝑒
𝛾𝑜
40
4.1.3 CALCULAR LAS PROPIEDADES TÉRMICAS DEL AGUA
Tabla 8 Propiedades Térmicas Del Agua
Agua
PARAMETRO VALOR UNIDADES
55.61
85.26 Adimensional
1.058
4.1.4 CÁLCULO CALOR NECESARIO Y EL VOLUMEN DE LA
FORMACIÓN.
Tabla 9 Cantidad de energía para formación
Dimensiones Valor unidad
Largo 100 pies
Espesor 40 pies
Profundidad 250 pies
170 °F
Volumen 10 000
M 31.309
Calor necesario BTU
La cantidad de
𝐶𝑤 𝐵𝑇𝑈
𝑙𝑏 𝐹
𝑙𝑏
𝑝𝑖𝑒 𝜌𝑤
41
4.1.5 ANÁLISIS DE LA CANTIDAD DE ENERGÍA
518 MBTU es la cantidad de energía necesaria para que la formación eleve
su temperatura hasta 350° F esta energía se puede obtener mediante un
generador, se debe adiciona la cantidad de calor que se pierde durante el
proceso para que el vapor llegue con una buena calidad la formación. Si se
necesita cambiar a otra temperatura mayor el proceso es el mismo.
4.1.6 CÁLCULO DE LA VISCOSIDAD
El petróleo es muerto, si la temperatura de 350 °F se alcanza se tiene una
viscosidad menor.
Tabla 10 Viscosidad a 350°F
PARAMETRO VALOR
UNIDADES
Ti 180 °F
Tf 350 °F
API a 350 39.39 Adimensional
X 0.1892 Adimensional
Y 172.0 Adimensional
Z 2.236 Adimensional
Uod 0.546 Cp
Uod*p 0.452
4.1.6.1 Análisis de viscosidad
De acuerdo a Alvarado (2002) la viscosidad tiene importancia principal en
este proceso y en el cálculo de esta viscosidad se logró disminuirla al 100%.
42
4.2 CÁLCULO DE LAS PÉRDIDAS DE CALOR
4.2.1 CÁLCULOS DE LA TUBERÍA DESNUDA
Tabla 11 Tubería Desnuda lectura (tabla 3)
Temperatura VALOR PERDIDAS UNIDADES
1 200 540
2 400 1 560
3 350 1 305
Tabla 12 Pérdidas de calor en sub suelo
POZO T TUBERIA DESNUDA RADIO
L (pies) Area Perdidas
F BTU/h-pie2 pies pies pies2 BTU/h
1 350 1305 0.125 164 128.81 168090.91
2 350 1305 0.125 147.6 115.92 151281.82
3 350 1305 0.125 144.32 113.35 147920.01
∑ 467292.74
4.2.2 CÁLCULOS DE PÉRDIDAS EN LÍNEAS DE SUPERFICIE
Tubería con aislamiento de magnesio con temperatura en el aire de 80 ºF
43
Tabla 13 Pérdidas En Líneas De Superficie lectura (tabla 4)
Temperatura VALOR PERDIDAS UNIDADES
1 200 50
2 400 150
3 350 125
Tabla 14 Pérdidas de calor en superficie
POZO T Perdidas de calor
L (pies) RADIO Perdidas
N° °F
m pies pies
1 350 125 40 131.2 0.125 16 400.00
2 350 125 35 114.8 0.125 14 350.00
3 350 125 30 98.4 0.125 12 300.00
43 050.00
4.2.3 ANÁLISIS DE PÉRDIDA DE CALOR.
Cuando se realizó el cálculo con tubería desnuda se tiene pérdidas de
y con tubería con revestimiento las pérdidas son de
la diferencia entre estas es
.
44
Es grande la diferencia entre la tubería desnuda y la tubería con
revestimiento. En un año el costo será 87 052. 17 Dólares.
4.2.4 CÁLCULOS DE LA CALIDAD DEL VAPOR FRENTE A LA ARENA
PRODUCTORA
Asumiremos que la perdida de serán del 10%
Datos
X 0.9 Ps 700 lpca
Pf 600 lpca
PERDIDAS 0.1
Tabla 15 Vapor en superficie
PARÁMETRO VALOR UNIDAD
TS 503.01 F
HS 1 201.96
Hw 491.94
Lv 710.01
Hws 1 130.95
4.2.4.1 Pérdidas de calor
Es el producto de calor total por las pérdidas de calor.
45
4.2.4.2 Calor en el fondo del pozo
Es la diferencia del calor total y las pérdidas
.
Se repitió el proceso pero ahora para la presión el fondo que es = 600
4.2.4.3 Calidad del vapor frente a la arena productora
Tabla 16 Vapor frente a la arena productora
PARÁMETRO VALOR UNIDAD
Ts 486.02
F
Hs 1 203.65
Hw 470.65
Lv 732.71
X 0.50 Fracción
4.2.5 ANÁLISIS DE LA CÁLIDAD DE VAPOR EN EL FONDO
Con una caída de presión de 100 lpca la disminución de la calidad de vapor
disminuye a la mitad, según Alvarado (2002) mientras menor sea la
disminución de la presión se puede mantener las perdidas bajas así el
proceso será más eficiente y menor será la cantidad de inyección de vapor.
46
4.3 SE DETERMINÓ LA CANTIDAD DE COMBUSTIBLE QUE
DEBE SER UTILIZADO PARA LA GENERACIÓN DE
VAPOR.
La eficiencia de un generador oscila entre 80% y 90% para este sistema se
utilizara una eficiencia promedio de 85% la ecuación a utilizar es la 43 para
esto hay que calcular lo siguiente.
4.3.1 CÁLCULO DEL VALOR CALORIFICO DEL DIÉSEL
Tabla 17 valor calórico del diésel
4.3.2 CÁLCULO DEL CALOR TOTAL
4.3.3 CÁLCULO DE LA CANTIDAD DE DIESEL A CONSUMIR
PARAMETROS VALOR UNIDAD
°API 33 Adimensional
DIESEL UNIDADES
91.88 BBL/D
3 858.95 galones /día
47
Entalpia del vapor con una presión en superficie de 700 que tenemos
anteriormente y ahora con una calidad de 90%.
Para esto usaremos cálculos realizados anteriormente
Tabla 18 Entalpía ganada por el vapor
PARÁMETRO VALOR UNIDAD
TS 503.01 F
HS 1 201.96
Hw 491.94
Lv 710.014
Hws 1 130.95
1.0
4.3.4 CÁLCULO DE TASA DE ALIMENTACIÓN DE AGUA Y VAPOR
4.3.5 CÁLCULO CALOR TOTAL GANADO POR EL VAPOR
La eficiencia térmica del generador es la diferencia entre el calor total
ganado por el vapor y el calor total.
48
4.3.6 ANÁLISIS DE LA CANTIDAD DE DIÉSEL.
En los generadores la utilización de diésel es muy común debido a que su
valor calórico es alto y su costo bajos en relación con otros combustibles el
valor que resulto es de
se realizó una lectura datos en
línea esta aproximan mente a un 1.03 dólares el galón según datos en línea,
es un buen resultado si se considera aplicar el método.
4.3.7 CÁLCULOS DEL PETRÓLEO IN SITU
Tabla 19 Petróleo In Situ
Parámetro Valor Unidad
4.3.8 CALCULO DE PETRÓLEO RESIDUAL.
Tabla 20 Petróleo residual
Parámetro Valor Unidad
Tiempo 30 D
h 7.62 m
0.28%
49
4.4 DISTRIBUCIÓN DE FLUJO DE VAPOR PARA TRES
POZOS
Tabla 21 Distribución de flujo de vapor para cada pozo
pulg de agua
lpca
lb/D
%
180 P1 620 W1 3 524.14
34.6
150 P2 670 W2 3 713.66
34.4
160 P3 680 W3 3 569.20
33
Wt 10 806.99
100
4.4.1 ANÁLISIS DE LA DISTRIBUCIÓN DE VAPOR
Con esta parte se implementó inyección de vapor de
mediante tres pozos, como se mencionó una correcta
distribución de facilidades será ideal para reducir las pérdidas de calor y una
correcta distribución durante la inyección de vapor, en la tabla se observa
que el vapor será distribuido de igual manera a los tres pozos teniendo así
una distribución eficiente que fue el objetivo del trabajo.
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
CONCLUSIONES
La cantidad de energía que se debe suministrar a la formación fue=
518 MBTU
La cantidad de vapor inyectado por día es
para esto la
cantidad de diésel a consumir es de 91,88 BBL/D
La cantidad de vapor fue
la cual fue
distribuida mediante tres pozos , y
Con el método que es un valor que da excelentes
resultados en recuperación.
Las facilidades en superficie deben tener un diseño eficiente el vapor
es transportado del generador al cabezal del pozo la distancia debe
ser de hasta 100 pies caso contrario las consideraciones de diseño se
multiplican.
En inyección de vapor una correcta planeación de distancia y uso de
tubería adecuada puedes mejorar la eficiencia.
RECOMENDACIONES
Para la utilización de este método es posible la utilización de otros
combustibles como el gas natural cambiando el poder calorífico en el
proceso.
Utilizar mecanismos de control durante el proceso como el splitigator.
Utilizar generadores de vapor cuya eficiencia sea de más de 85%
para mejores resultados.
BIBLIOGRAFÍA
51
BIBLIOGRAFÍA
http://es.globalpetrolprices.com/. (24 de 10 de 2016). Obtenido de
http://es.globalpetrolprices.com/diesel_prices/
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Valdiviezo, L. (1985). Recuperacin de crudos´pesados y su aplicacion al
campo Araujo. Quito.
ANEXOS
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ANEXOS
ANEXO 1
Precio del diésel
(http://es.globalpetrolprices.com/, 2016)
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ANEXO 2
Tabla de poder Calorífico de algunos combustibles
(http://www.antoniolima.web.br.com/, 2016)