8/7/2019 Miscibilidad por Condensacin en Procesos de Desplazamientos Miscibles

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Miscibilidad por Condensacin en Procesos de Desplazamientos Miscibles

como Mtodos de Recobro Mejorado de Hidrocarburos

Eduardo Luis Vera Colmenares

Caracas, Noviembre de 2010

Introduccin

Los yacimientos de hidrocarburos, en teora, pueden poseer (en teora) la energa suficientepara la produccin autnoma de recursos, es decir, debido a mecanismos de confinamiento natural

de los mismos. Tales mecanismos se basan en la Expansin de la Formacin, un Acufero Activo

Presente, una Capa de Gas, el Gas disuelto en el crudo y/o Segregacin Gravitacional. A nivel de

campo este nivel de energa es finito, la presin interna del yacimiento tiende a caer por ende los

niveles de produccin se ven amenazados. Para ello el Ingeniero de Petrleo es el encargado de

planificar y estructurar el mejor mtodo posible para garantizar que se traigan a superficie

volmenes de produccin que justifiquen claramente los costos de inversin, optimicen tiempo y

trabajo.

Actualmente se establece una clasificacin en cuanto a las formas de recuperar esos

volmenes del subsuelo. Cuando se habla de los mecanismos de empuje natural se refiere a recobro

primario. Cuando se implementa ante las cadas de presin inyeccin de agua o gas natural sedenominan recobro secundario. Despus de las recuperaciones primaria y secundaria, el yacimiento

contiene todava 60-80% (promedio 72%) del crudo originalmente en sitio. Esto se debe a que la

eficiencia de los mtodos de recuperacin primaria y secundaria est limitada por dos factores: A la

escala de los poros, el crudo alcanza una saturacin residual suficientemente baja para encontrarse

en forma de glbulos discontinuos, atrapados por las fuerzas capilares. A la escala del yacimiento

existen ciertas zonas en las cuales el fluido inyectado durante la recuperacin secundaria no penetra,

por la baja permeabilidad de estas zonas, porque siguen caminos preferenciales, o porque la

geometra de implantacin de los pozos no es favorable. Con el objetivo fundamental de aprovecharal mximo esta saturacin residual de hidrocarburos se implementan otro tipo de mtodos

conocidos Recuperacin Mejorada.

Entre estos mtodos, ser objeto de estudio en este informe el de Desplazamiento Miscible,

basado en inyectar sustancias (preferiblemente gases), cuyas caractersticas interactan con la delcrudo en el yacimiento favorablemente a la produccin, todo esto bajo condiciones de miscibilidad,

es decir al final de la inyeccin en el yacimiento predomina una sola fase de fluido. Para ello serndescritos conceptos relacionados a Miscibilidad y especialmente a Miscibilidad por Condensacin,

la cual es la modalidad asignada como objetivo fundamental de esta investigacin.

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Miscibilidad

Para entender mejor este concepto, es conveniente aclarar que la Tensin Interfacial se

define como el trabajo necesario para crear una nueva unidad de superficie en la interfase que

separa dos fluidos. Entonces, Marin1 define la Miscibilidad como una propiedad que establece unacondicin de tensin interfacial igual a cero entre fluidos formndose con esto una fase homognea

a una presin y temperatura especficas. Si dos fluidos son altamente miscibles se necesita menosenerga para que ellos formen una sola fase. A nivel prctico la disminucin de la tensin

interfacial da origen a la disminucin del crudo residual retenido en el medio poroso del yacimiento,

obtenindose con esto altas recuperaciones de crudo residual, principio bsico en la aplicacin de

desplazamiento Miscible.

Durante la inyeccin de gas ocurre en el yacimiento eventos fsicos y qumicos que son

correctamente conducidos a la culminacin de una sola fase de fluido que sature la roca. Para

explicar tales eventos es comnmente empleado un modelo basado en la realizacin de diagramas

ternarios asociados a las composiciones y comportamientos de los fluidos que intervienen en el

proceso de miscibilidad.

Diagramas Pseudo-Ternarios

Un fluido en un yacimiento es una mezcla multicomponentes de cientos de diferentes

compuestos hidrocarburos y no hidrocarburos. Para visualizar de una manera sencilla la

composicin de un crudo se suele utilizar un diagrama pseudo-ternario, en el cual, el crudo sesubdivide en 3 pseudocomponentes: uno representando la fraccin liviana, otro la intermedia y el

tercero la fraccin pesada.

En cada esquina se representa un pseudocomponente. La esquina superior representa 100 %

molar de la fraccin liviana del crudo compuesta en su mayora por metano C1 (incluyendo N2),

mientras que la esquina inferior derecha representa 100 % molar de la fraccin intermedia del crudo

compuesta desde etano hasta hexano (incluyendo el CO2 y H2S).

Similarmente la esquina inferior izquierda representa la fraccin pesada del crudo compuesta desde

el heptano y componentes de mayor peso molecular.

La curva AB representa el domo de saturacin del fluido a la presin de saturacin y

temperatura del yacimiento, el punto Ces el punto crtico de la mezcla, en donde la composicin

del lquido es igual a la composicin del vapor; el tramo ACrepresenta la fase del vapor la cual es

llamada curva del punto de roco y el tramo CB es la fase lquida del fluido, la cual es llamada curva

del punto de burbuja. Cualquier punto que est dentro de la curva de saturacin se encuentra en la

regin de dos fases (lquido / vapor) como es el caso del punto M y cualquier punto que est

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ubicado por fuera de la curva de saturacin se encuentra en la regin de una sola fase. La lnea xy es

llamada lnea de equilibrio, la cual representa el equilibrio lquido- vapor entre ambas fases.

El tamao de la regin de dos fases, depende de la temperatura y presin del sistema con el

cual se trabaja, como se representa en la figura en donde se observa la reduccin de la regin de dos

fases cuando la presin (P) aumenta, (P2 >P1). Cuando se incrementa la temperatura a presin

constante, la regin de dos fases se incrementa. Ambos comportamientos tienen relacin con la

solubilidad de gases en lquidos.

Miscibilidad Primer Contacto

El proceso es caracterizado porque al ponerse en contacto el crudo con el solvente se

mezclan en todas las proporciones sin que se observe una interfase entre ellos. Es el mtodo ms

simple y rpido para obtener un desplazamiento miscible entre el crudo y el solvente. Los solventes

ms comunes utilizados en este proceso son: butano, propano y mezclas de LPG. Debido a que

inyectar un solvente rico en componentes intermedios resulta costoso, la miscibilidad al primer

contacto no es un proceso de recobro aplicable comercialmente a nivel de campo. Lo usual es

inyectar gases secos, siendo necesarios varios pasos de transferencia de masa, previo a la obtencin

de condiciones miscibles.

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Miscibilidad Mltiples Contactos

Son procesos mediante el cual se pone en contacto el crudo con un gas de inyeccin que

puede ser nitrgeno, dixido de carbono o gas natural para que exista una transferencia de masa

entre ambos fluidos y con esto crear el desplazamiento del crudo retenido en el medio poroso.

Existen dos mecanismos para obtener la miscibilidad por mltiples contactos los cuales son:vaporizacin del crudo por el gas de inyeccin y condensacin del gas de inyeccin, este ltimo

objetivo de este informe.

Miscibilidad por Condensacin

Es un proceso en donde existe transferencia de masa del gas al crudo, el gas utilizado en los

procesos de condensacin es rico en componentes intermedios (C2 C6 y CO2) que son transferidos

al crudo por mltiples contactos durante el proceso de desplazamiento.En dicha figura se representa la composicin del crudo en el punto Zy la composicin del

gas de inyeccin en el punto G. Al ponerse en contacto el gas de inyeccin con el crudo, se produce

una mezcla representada por el primer punto de mezcla M1. A travs de este punto pasa la lnea de

equilibrio Y1X1. Como se observa en la figura, el lquido resultante es ms rico en componentes

intermedios que el crudo original, mientras que el vapor en equilibrio es ms pobre que el gas

original, esto muestra el tipo de transferencia de masa que tuvo lugar. Seguido a esto L1 se pone en

contacto con el gas de inyeccin (G) originado con esto otro punto de mezcla M2 cuyas

composiciones lquido-vapor en equilibrio estn representadas por los puntos Y2 y X2. Este proceso

se repite hasta que la ltima lnea de unin coincida con la lnea de unin lmite, la cual pasa por el

punto crtico y la composicin del gas de inyeccin. Si la ltima lnea de unin coincide o converge

con la lnea lmite entonces el sistema ha llegado a condiciones de miscibilidad a la presin y

temperatura de trabajo.

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Presin Mnima Miscibilidad

La Presin Mnima de Miscibilidad (PMM), es la menor presin a la cual el gas de

inyeccin y el crudo de un yacimiento pueden llegar a ser miscibles a travs de procesos por

mltiples contactos, existiendo transferencia de masa entre la fase lquida (crudo) y la fase gaseosa

(gas de inyeccin) a una temperatura especfica.

La PMMes una propiedad termodinmica y clave en los procesos miscibles de recobro de

petrleo. Depende fundamentalmente de la temperatura, composicin del gas de inyeccin y

composicin del crudo en el yacimiento.