RESUMEN DEL ARTCULO ANLISIS EXPERIMENTAL Y CERO-DIMENSIONAL DE CO2 Y N2 EN LOS PROCESOS CCLICOS DE INYECCIN DE GASES

PRESENTADO POR: YESSITH ALZAMORA PUPO ANA ARNEDO CRDENAS KATHERINE WATT AYOLA

PRESENTADO A: DRA. JULIANA PUELLO

UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA SECCIONAL CARTAGENA FACULTAD DE INGENIERA, ARQUITECTURA, ARTE Y DISEO INGENIERA QUMICA V SEMESTRE 2012

ANLISIS EXPERIMENTAL Y CERO-DIMENSIONAL DE CO2 Y N2 EN LOS PROCESOS CCLICOS DE INYECCIN DE GASES

OBJETIVOS Demostrar la influencia de mecanismos como la inyeccin cclica de gases (CO2 y N2) en los yacimientos de petrleo para su recuperacin. Analizar las concentraciones de gases aptas que puedan ser de utilidad para recuperar un porcentaje alto de petrleo. Exponer los resultados obtenidos en los 5 experimentos de inyeccin cclica de gas realizados en una simulacin de laboratorio.

PLANEAMIENTO DEL PROBLEMA La cantidad de petrleo atrapada en el interior de yacimiento es un problema para la industria de este producto de origen natural ya que es una de las principales causas de las declinantes tasas de produccin. Este problema se debe principalmente a dos fenmenos: 1. Problemas de inyectividad por caminos preferenciales y/o segregacin gravitacional. 2. Fuerzas capilares que hacen que las gotas de petrleo queden atrapadas en el medio poroso en forma discontinua. Los mtodos de recuperacin mejorada se utilizan para contrarrestar los fenmenos responsables del entrampamiento de crudo. Estos mtodos consisten en la inyeccin trmica o de calor, inyeccin qumica e inyeccin de gas (miscible o inmiscible). Este estudio se centra en la inyeccin de gas y los mecanismos de recuperacin relacionados con las operaciones de inyeccin de mezclas gaseosas de dixido de carbono (CO2) y nitrgeno (N2).

INTRODUCCIN En el presente informe se realiza un anlisis experimental de los mecanismos que intervienen en los procesos de inyeccin cclica de y aplicados en pozos poco profundos y pobres en yacimientos de petrleo, mediante el empleo de una celda PVT que permiti imitar el proceso de inyeccin cclica y un modelo cero-dimensional que representa la termodinmica del proceso ajustada a una escala de laboratorio. La simulacin del proceso consisti en el desarrollo de 5 experimentaciones, cuya composicin del gas de inyeccin es una combinacin de los flujos msicos de y . Se tomaron concentraciones de 100% - 0%, 80% -20%, 53% -47%, 20% -80% y 0% -100% de y respectivamente.

La escogencia del y como gases de inyeccin se debe a la eficiencia que han demostrado en otros procesos de inyeccin cclica desarrollados por shayegi y Abboud; en los cuales se tuvo en cuenta la solubilidad en el aceite, el impacto ambiental, efecto corrosivo y la disponibilidad del gas. De todas las investigaciones que se han realizado entorno a los procesos de inyeccin cclica tiene mayor relevancia en el trabajo actual, la experimentacin de Abboud quien desarrolla el proceso teniendo en cuenta las mismas directrices que se manejan en el trabajo actual: cantidad de gas inyectado, tiempo de remojo = 24 h, empleo de una celda PVT, entre otras cosas. A continuacin, se describe la experiencia para el posterior anlisis de los resultados obtenidos.

METODOLOGA En esta investigacin se desarroll una simulacin del proceso de recuperacin de petrleo mediante el mecanismo de inyeccin cclica de gas a travs del empleo de una celda PVT que predijo el comportamiento fisicoqumico del proceso con una mezcla de Dioxido de carbono (CO2) y Nitrogeno (N2). Adems, mediante el uso de un modelo de fase Cero-dimensional se determinaron las propiedades experimentales necesarias para la comprensin del proceso a escala real. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Se realizaron 6 ciclos de inyeccin por cada experimento desarrollado, mediante el empleo de la celda PVT, cuyas especificaciones tecinas eran de 500 cc de capacidad volumtrica, una temperatura mxima de 350 F una presin mxima de 5000 psi (como se muestra en la figura 1). La mezcla de gas de inyeccin se encuentra contenida en el tanque de mezcla y pasa a travs de un ducto conectado a un transductor de presin que monitorea la presin del gas y la transforma en seal elctrica. Luego se abre la vlvula de admisin para iniciar la inyeccin que se lleva a cabo en un cilindro conectado a una bomba hidrulica que suministra el trabajo necesario para establecer un equilibrio qumico entre el gas inyectado y el crudo en la celda. Despus de la inyeccin tienen lugar dentro de la celda los mecanismos de: permeabilidad relativa del petrleo, reduccin de la viscosidad, expansin trmica del petrleo y recuperacin del mismo. Posteriormente se abre una vlvula de descarga conectada a la celda que permite la recoleccin de una muestra liquida y una muestra gaseosa viaja a travs de un ducto comunicado con un transductor de presin que registra su presin y es recogida mediante otra vlvula de descarga.

Figura 1. Celda PVT diagrama esquemtico.

En esta experimentacin solo se tiene en cuenta la muestra gaseosa recolectada por cada ciclo y con base a sus caractersticas fisicoqumicas se describe el comportamiento termodinmico del proceso de inyeccin del y . Durante los 5 primeros ciclos se realiza un anlisis cromatogrfico en base a ala muestra de gas recolectada; el sexto ciclo se completa con un anlisis en la concentracin del crudo restante en la celda. A continuacin se ilustran los resultados mediante graficas para su fcil compresin. RESULTADOS EXPERIMENTALES Inicialmente se intento describir la forma de como esta relacionada la solubilidad del gas en el aceite con los cambios de presin registrados por cada transductor a la entrada y la salida de la celda PVT. (Figura 2).

Figura 2. PVT presin diferencial de clulas en comparacin con el nmero de ciclos.

En esta grafica la componente horizontal representa el nmero de ciclos y la componente vertical la presin de la muestra; la intercepcin entre estos dos puntos resulta como el nmero de experimentaciones realizadas. Se puede concluir de estas grafica que a mayor concentracin del el cambio en la presin de los transductores es mayor; y por ende la solubilidad del gas inyectado en el aceite es menor produciendo a si un mejor impacto en sus propiedades. Por el contrario, a mayor concentracin del en el gas de inyeccin el cambio en la presin es mas pequeo y por ende la solubilidad del gas en el aceite es mayor. Adems, de esta grafica se puede concluir que en la medida en que el numero de ciclos aumenta, la solubilidad del gas en el aceite disminuye. Las figuras 3, 4, 5, 6 y 7, nos muestra la forma de como esta relacionada la composicin porcentual del y presentes en la muestra de gas recuperada con relacin al numero de ciclos transcurridos por cada experimentacin; de todas ellas podemos concluir que al disminuir la concentracin de en el inyectado; aumenta la concentracin de en el gas recuperado, al aumentar la concentracin porcentual del en el inyectado, la concentracin de disminuye en la muestra de gas recuperado.

Figura 3. Experimento # 1 (100%

- 0%

).

Figura 4. Experimento # 2 (80%

-20%

).

Figura 5. Experimento # 3 (53%

-47%

).

Figura 6. Experimento # 4 (20%

-80%

Figura 7. Experimento # 5 (0%

-100%

Las figuras 8, 9, 10, 11 y 12 nos muestran que a mayor concentracin de , mayor es la concentracin de hidrocarburos recuperados en la muestra gaseosa.

Figura 8. Experimento # 1(la composicin del gas vs. el nmero de ciclo).

Figura 9. Experimento # 2 (la composicin del gas frente al nmero de ciclo).

Figura 10. Experimento # 3 (la composicin del gas frente al nmero de ciclo).

Figura 11. Experimento # 4 (la composicin del gas vs nmero de ciclos).

Figura 12. Experimento # 5 (la composicin del gas frente al nmero de ciclo).

La figura 13 es un diagrama de fases del aceite relacionada con la presin y la temperatura durante los experimentos nmero 1,2 y 3. Es decir cuando la concentracin de en el inyectado era mayor.

Figura 13. Diagrama de fase para los experimentos 1, 2 y 3 despus de 6 ciclos.

Finalmente la figura 14 es un diagrama de fases del aceite relacionada con la presin y la temperatura durante los experimentos nmero 4, 5 y 6. Es decir cuando la concentracin de en el inyectado era mayor.

Figura 14. Diagrama de fases para los experimentos 3, 4 y 5, despus de 6 ciclos.

Anlisis cero-dimensional: Se realiza en base a clculos matemticos, la ecuacin de estado de PengRobinson, la funcin objetivo Rachford-Rice, balances termodinmicos y de materias; con el fin de predecir el comportamiento ideal del proceso de inyeccin cclica de y durante la experiencia desarrollada y calcular los posibles resultados que se esperaran obtener a escala real del proceso. Mediante este modelo de fase se predijo oportunamente la termodinmica del proceso y se pudieron replicar los resultados obtenidos en la experimentacin, permitiendo as una sincronizacin apropiada de los parmetros obtenidos y los especulados.

Conclusin: Despus de haber realizado la experiencia, teniendo en cuenta que su fin ultimo era analizar los mecanismos que tienen lugar en el proceso de recuperacin de yacimientos de petrleo mediante la inyeccin cclica del y , se puede concluir que mediante el empleo de la celda PVT se determinaron las componentes necesarias para comprender la termodinmica del proceso, permitiendo determinar que cuando el representa el 100% de la composicin total del gas de inyeccin es mas eficiente que el , debido a que genera un diferencial en la cada de presin mas pequeo, aumentando as la solubilidad del gas en el aceite en la medida que disminuye su viscosidad, mejora su movilidad y por ende su extraccin es ms ptima.