Traducion De Recuperacion Juan.docx

SPE 116530

ESTUDIO SOBRE EL FLUJO DE AIRE MÍNIMO PARA LA COMBUSTIÓN IN SITU EN UN YACIMIENTO DE ACEITE LIGERO Katsumo Takabayashi, Takeshi Onishi y Koumei Okatsu, Corporación Nacional de Petróleo, Gas y Metales de Japón: Haruo Maeda, compañía Teikokuoil limitada; y R. Gordon Moore, S.A. (Raj) Mehta, y Matthew G. Ursenbach, Universidad de Cagary

RESUMEN Los proyectos de combustión in situ en yacimientos de petróleo pesado se iniciaron a principios de siglo. El número de proyectos fue aumentando hacia los años sesenta. Más de 120 proyectos se llevaron a cabo en los Estados Unidos en ese momento. Después de la década de 1970, cayó a menos de una décima parte. Pero a mediados de los 90, volvió a aumentar. La razón principal de este aumento fue el aumento de los proyectos de combustión in situ en yacimientos de petróleo ligero y recientemente han ido en aumento. Desde 1999, nuestro estudio del yacimiento de petróleo ligero del campo petrolero Minami-Aga en Japón ha continuado. Ahora centramos nuestra atención en el flujo de aire mínimo que se necesita para mantener un frente de combustión. El flujo de aire mínimo se utilizará para diseñar un compresor de aire para un proyecto piloto. Nelson y McNeil publicaron una discusión sobre el flujo de aire mínimo para aceites pesados. Se cree que un mecanismo de combustión para el aceite ligero es diferente del aceite pesado. También se cree que el frente de combustión del aceite ligero es menos estable que el aceite pesado. Por lo tanto, en nuestro caso para estimar el flujo de aire mínimo, podría ser mejor tomar una forma diferente. En este documento, se utilizó un simulador térmico para estimar el flujo de aire mínimo. Antes de un estudio de simulación, se llevaron a cabo algunas pruebas de oxidación a alta temperatura con rampa de alta presión (HP-RTO) con nuestro aceite para obtener el parámetro de combustión. Se obtuvo un modelo de reacción en el simulador térmico basado en los resultados de las pruebas de HP-RTO.

INTRODUCCIÓN La inyección de aire es uno de los métodos de recuperación mejorada de aceite. El aire, que es económico y ubicuo, se inyecta en el yacimiento de aceite. En principio, es similar a una combustión in situ, sin embargo, hay muchas diferencias entre ellos. Por ejemplo, rangos de temperatura de combustión, mecanismo de recuperación, mecanismo de combustión y más. La inundación por incendios comenzó en los EE. UU. En 1920 cuando se patentó. El número de proyectos alcanzó su punto máximo en la década de 1960 y luego disminuyó año tras año. En cambio, el número de proyectos de inyección de aire para aceite ligero aumentó en la década de 1990, por lo que el número total de proyectos de Combustión In-situ nuevamente mostró una tendencia al aumento.

Sin embargo, sus proyectos comerciales son operados sólo en América del Norte. No hay ciertos criterios basados en resultados experimentales ahora. Las aplicaciones prácticas están determinadas por experiencia previa. Las razones de la falta de criterios son las siguientes: 1. Los mecanismos de combustión de la fase líquida aún no se han definido. 2. No hay equipo para experimentos de PVT a alta temperatura. 3. Las propiedades dependientes de la temperatura, como la permeabilidad relativa, aún no se explican. Dado que la inyección de aire incluye el proceso de combustión, es necesario considerar no solo el equilibrio de fase sino también las reacciones químicas. Para satisfacer la necesidad, hay algunos equipos para las pruebas de combustión, por ejemplo, la prueba del Calorímetro de Velocidad de Aceleración (ARC), la Prueba del Calorímetro de Barrido Diferencial Presurizado Gravimétrico (TGIPDSC) y la Prueba del Tubo de Combustión (CT). La prueba ARC se utiliza para determinar la extensión y continuidad de las reacciones en el rango de temperatura alta y baja. Las pruebas TG / PDSC también ayudan a identificar los rangos de temperatura sobre los cuales el aceite reacciona con el oxígeno. Los propósitos de la prueba de CT son (1) evaluar las características generales de combustión del aceite, (2) medir la producción incremental de petróleo, los requisitos de aire y combustible y otros parámetros, y (3) medir las composiciones de gas producido, las propiedades del aceite y el agua producidas para proporcionar puntos de referencia para el seguimiento de futuras operaciones de campo. Casi todos se convierten de otros usos de la industria, por lo que es difícil estimar el rendimiento del yacimiento en base a los resultados experimentales. Como resultado, hay pocos casos para realizar experimentos de combustión antes de que comience el proyecto de inyección de aire. Además, también es difícil estimarlo utilizando el simulador de yacimientos. Aunque STARS (CMG) es uno de los únicos simuladores comerciales que consideran la combustión in situ, es difícil definir los parámetros de combustión que son necesarios para el modelo de combustión del simulador. resultados experimentales. Se han realizado tres tipos diferentes de pruebas con el petróleo crudo Minami-aga para establecer un método de evaluación de la inyección de aire. Del resultado de las pruebas ARC, el aceite mostró una continuidad de las reacciones entre 170 C y 300 grados. Al mismo tiempo, su temperatura de ignición fue de más de 103 C que correspondía a la temperatura del yacimiento. Estos resultados mostraron que se necesitarán algunos métodos de ignición para la inyección de aire en nuestro campo. Para la consideración de un método de ignición, también se realizaron pruebas de ARC para verificar el efecto de la barra de oxígeno y el aceite de linaza.

Se realizaron dos pruebas de TC, en caso de baja saturación de agua y en caso de alta saturación de agua. Ambas pruebas mostraron rendimientos de combustión estables, producción de petróleo y consumo de O2. Para encontrar el mecanismo de recuperación, se llevó a cabo una alimentación

básica de gas combustible en modo terciario con aceite Minami-aga. La prueba mostró que la recuperación de petróleo por la inundación de gases de combustión no fue nada después de la inundación por agua. Utilizamos el simulador para comprender el mecanismo de recuperación. Luego descubrimos que el efecto térmico era importante para el campo petrolero de Minami-aga. Para la mejora de la recuperación de petróleo, se necesitará un establecimiento de frente de combustión estable. Debe entenderse la tasa mínima para establecer un frente de combustión estable en el yacimiento. En nuestras pruebas de TC anteriores, sus tasas de inyección fueron 50 veces más altas que la tasa de inyección prevista en la operación real en el campo petrolero. Además, debido a la limitación del equipo experimental, es difícil disminuir la velocidad de inyección lo suficiente como para estimar la velocidad mínima. Actualmente, cualquier otro equipo no puede encontrar una tarifa mínima de forma experimental.

Por lo tanto, en este estudio se utilizará un simulador para evaluar la tasa mínima. Aunque, el modelo actual ajustó unos parámetros de combustión basados en un experimento de combustión que resulta en un rango de temperatura más alto. Luego, esos parámetros deben verificarse que sean efectivos en el rango de baja temperatura. Por lo tanto, en la Universidad de Calgary se llevaron a cabo pruebas de oxidación a alta temperatura con rampa de temperatura para confirmar la relación entre la temperatura y la velocidad de reacción antes del estudio de simulación.

PRUEBAS HP-RTO (OXIDACIÓN A ALTA TEMPERATURA CON TEMPERATURA ELEVADA) Una prueba de HP-RTO es un tipo de análisis de composición de gases efluentes isotérmicos. El equipo HP-RTO consiste en un reactor cilíndrico de 49 cm de largo y 2,54 cm de diámetro. Está lleno de núcleo triturado y fluido del yacimiento. Se inyecta aire cuando comienza la prueba. Se miden la temperatura del reactor, la composición del gas del efluente y el volumen del líquido del efluente. El análisis de la composición del gas efluente isotérmico es apropiado para obtener el parámetro de combustión para el modelo de simulación. Se realizaron tres pruebas a la misma presión (250KSCG) y tres temperaturas (103 grados C, 120 grados C y 140 grados C). El flujo de inyección de aire fue 3STm3 / m2hr. El período inicial de todas las pruebas fue isotérmico. Sin embargo, la temperatura del reactor se incrementó a 170 grados. C. luego 360 grados. C. para los 103 grados. Prueba c Para los 120 grados. C prueba, la temperatura se incrementó a 360 grados. C. y para los 140 grados. C prueba, la temperatura se incrementó a 450 grados. C más adelante. RESULTADOS DE LAS PRUEBAS La Figura 1 a la Figura 6 muestra los resultados del experimento HP-RTO. Las composiciones de gases efluentes de 103 grados. C prueba y 120 grados. La prueba de C parece ser más o menos uniforme.

Como se muestra en la figura 3, falla del GC para los 120 grados. La prueba de C se realizó justo antes de la formación de una zona de reacción de alta temperatura distinta donde la temperatura se incrementó a 360 grados. C. 140 grados. La prueba C muestra un aumento de temperatura de aproximadamente 6 grados. C a las 44-88 horas, y la generación de alrededor de 1 Omol% C02. Si bien muestra que la generación de C02 se reduce y se estabiliza, parece tener la posibilidad de tomar el crudo debido a que la combustión tiene lugar una vez. Se cree que la zona de reacción distante implica reacciones de escisión o combustión que se observaron a 170 grados. C (ver figura 2) y 360 grados. C. (ver figura 4 y figura 6). La zona de reacción en movimiento para los 170 grados. Se cree que C está asociado con la quemadura en fase de vapor. Las zonas de reacción de propagación, que se iniciaron a 360 grados. C puede estar asociado con las reacciones en fase de vapor, pero dado el nivel de temperatura, también puede estar relacionado con la combustión de un residuo sólido. Como se muestra en la Figura 7 y la Figura 8, las composiciones de gases efluentes de 103 grados. C y 120 grados. C están cambiando. En cada caso, no se produjo una reacción exotérmica significativa, por lo que el consumo de O2 y la generación de CO2 fueron leves. Sin embargo, para comprender el proceso de reacción en el rango de baja temperatura, necesitamos analizar estas fechas. En este análisis, es concebible que una pequeña diferencia entre cada La condición experimental afecta el resultado analítico, debido a la escasez de la generación de C02. Luego se hicieron los siguientes estándares para determinar la composición del gas de inyección y el tiempo de residencia en el reactor para cada prueba. Debido a que el experimento HP-RTO muestra un pequeño cambio de la composición a bajas temperaturas, la composición del gas de suministro (gas inicial) influye en gran medida en el análisis. El equipo HP-RTO tiene un gran volumen muerto entre la salida del reactor y el cromatógrafo de gases (GC). Debido al volumen muerto, el análisis de la composición del tiempo de inicio del GC se retrasa unas pocas horas. Este tiempo de inyección es tan bajo que el tiempo de retardo se vuelve muy grande. Para el análisis debemos tener en cuenta el tiempo de retardo. Se supone que la reacción comenzó cuando se calentó el reactor, luego cambió la composición del gas. El momento en que el GC detectó el cambio de composición se denomina "hora de inicio del GC". Para 103 grados. C, 120 grados. C, y 140 grados. C Los tiempos de inicio de GC son 7.38hr, 7.05hr y 6.61hr respectivamente. En otras palabras, se puede suponer que las composiciones de gases que existen durante el inicio de la prueba y los tiempos de inicio del GC son las mismas composiciones de aire inyectado. En vista del balance de materiales, la cantidad de generación de C02 total en todo el gas de salida no excedió la cantidad de consumo total de 02 en todo el aire inyectado. Siguiendo esta regla, se determinó la composición del gas de suministro para cada prueba. Las figuras 10 a 15 muestran las composiciones de gas de suministro y el consumo acumulado de 02 y la generación de C02. La tabla I muestra la composición inicial del gas. Cuando comenzó la prueba, existía algo de aire en el reactor. Entonces el aire alcanzó una salida del reactor a través del reactor que ya está calentado. El "aire interior del reactor" tuvo un tiempo de reacción más corto en comparación con el aire de suministro que se inyectó después de que comenzó la prueba. Para una prueba normal con una tasa de inyección más alta, el efecto de "Aire

interno del reactor" no es un problema, pero está en estas pruebas porque la tasa de inyección es tan baja que tomó 10 horas para que 1 volumen de aire de poro pasara por la reactor. Si las composiciones de "Aire interior del reactor" se usaran para el análisis, podrían ocurrir errores. Por lo tanto, denominamos el período en el que el "aire interior del reactor" fluía dentro del reactor como "tiempo de transición". El "tiempo de transición" se calculó basándose en el PV del reactor y la velocidad de inyección. El análisis se realizó con la composición del gas después de este "tiempo de transición" (consulte la Figura 7-9 y la Tabla 2).

CÁLCULO DE LA VELOCIDAD DE REACCIÓN Para determinar el volumen de gas del efluente, se supone que la cantidad de Na del efluente es la misma que la cantidad de inyección N2. La velocidad de reacción se calcula mediante la siguiente ecuación.

Ajuste HP-RTO La energía de activación basada en HP-RTO se utilizó como un parámetro de combustión para el modelo de simulación. El factor de frecuencia y el orden de reacción para O2 y aceite se ajustan para coincidir con la composición del gas efluente de HPRTO. En este modelo 6 Pseudo – componentes (C1, C2C3, C4-C6, C7-C11, C12-C17, C18 +) se utilizan para el aceite. Se establecieron el mismo factor de frecuencia y orden de reacción para todos los componentes. Figura 18 - La Figura 20 muestra los resultados de la historia del emparejamiento sobre la tasa de moles de CO2 del efluente. Los puntos muestran el valor experimental y la línea muestra un valor de cálculo. Usando sus parámetros de combustión, se realizó la prueba de simulación del tubo de combustión (CT). La figura 21 muestra un resultado de simulación. Estos parámetros de combustión son demasiado altos para que un rango de temperatura más alto coincida con el perfil de temperatura. A continuación, se establecieron dos parámetros de reacción diferentes para C1-C17 y C18 + respectivamente. Antes de comenzar el emparejamiento de la historia con 2 conjuntos diferentes de parámetros de combustión, los parámetros de combustión de C18 + se ajustaron mediante historial de resultados de la prueba CT. La Figura 22 muestra un resultado de simulación utilizando solo los parámetros de combustión C18 +. El nuevo modelo utilizó parámetros de combustión de HP-RTO para C1-C17 con parámetros de combustión ajustados para C18 +. Este modelo no pudo obtener buen resultado. La comparación histórica se realizó ajustando los parámetros de combustión de C18 +, pero no se pudo alcanzar una comparación razonable. La Figura 23 muestra el resultado de la simulación utilizando 2 conjuntos ajustados de parámetros de combustión. El frente de combustión se hizo más rápido con el tiempo debido al efecto de los componentes ligeros La prueba de HP-RTO se calculó con este modelo de combustión. La Figura 24-26 muestra la tasa de CO2 del efluente. La línea azul muestra el primer modelo de HP-RTO y la línea verde muestra el modelo de combustión ajustado. La tasa de CO2 del modelo ajustado es significativamente grande en comparación con los datos experimentales. Se piensa que es difícil cubrir toda la reacción de un rango de temperatura baja y el rango de temperatura alta mediante el modelo actual cuando la energía de activación cambia significativamente con el cambio de temperatura. Este estudio de simulación se resume a continuación. Dado el cambio en el mecanismo de reacción, no podemos esperar igualar el tubo de combustión a menos que se incorporen ecuaciones separadas de adición de oxígeno y de fase de vapor. El simulador se utilizó para evaluar la sensibilidad de los modelos de reacción, pero no ha incorporado realmente los hallazgos de RTO debido a la falta de datos de GC cuando los frentes están a 180 grados. C. y 360 grados. Se observa la formación de C.

Conclusión 1. La energía de activación para la región de baja temperatura se obtuvo en base a la prueba HPRTO. Era diferente de la energía de activación para la región de alta temperatura. 2. La coincidencia de historial de la prueba de CT no pudo obtener un buen resultado utilizando los parámetros que se obtuvieron de la comparación de historial de la región de reacción en fase líquida a baja temperatura de HP-RTO. 3. La coincidencia efectiva de los resultados del tubo de combustión requerirá no solo las reacciones en fase líquida a baja temperatura, sino que también debe incluir las reacciones en fase de vapor que se observaron a temperaturas más altas durante las pruebas de HP-RTO.