En el artículo anterior vimos como la alta viscosidad era uno de los problemas principales en la recuperación de crudos pesados y como esta podía mejorarse o disminuirse con la aplicación de procesos térmicos al yacimiento.
La recuperación térmica de petróleo, se puede definir como un proceso en el cual se introduce calor intencionalmente en el yacimiento, con el propósito de disminuir la viscosidad del crudo, mejorando así su movilidad y aumentando su recobro.
Como se postula en la Ley de Darcy , el flujo es inversamente proporcional a la viscosidad del fluido.
El calor puede ser introducido en el yacimiento por un fluido que tenga una temperatura mayor a la del yacimiento (inyección de vapor), por combustión en sitio, o por medio de corriente (electromagnetismo).
La reducción de la viscosidad del petróleo que acompaña al incremento de temperatura, permite no solo que el petróleo fluya más fácilmente sino que también resulta en una relación de movilidad más favorable, ya que los procesos térmicos reducen la saturación residual de petróleo en las zonas calentadas, mejorando la eficiencia areal de barrido.
Además las altas temperaturas generadas, originan en el yacimiento procesos de destilación y craqueo del crudo en sitio, también minimizan la tensión superficial y las fuerzas capilares.
¿Por qué son tan necesarios los procesos térmicos en la recuperación de petróleo?
En dos yacimientos de petróleo, similares, excepto por la viscosidad del crudo que contienen, el desplazamiento lineal del petróleo, mediante la inyección de un volumen especifico de agua resultara en una mayor saturación de petróleo en la zona barrida por el agua para el petróleo de más alta viscosidad.
Si se considera un crudo de viscosidad suficientemente baja, la saturación de petróleo corriente arriba del frente de desplazamiento formado durante el proceso, tiende a ser irreducible, ocasionando lo que se conoce como desplazamiento tipo pistón.
Por el contrario, si se considera un crudo de alta viscosidad, el descenso de la saturación de petróleo, en el frente de saturación será mucho menor y una cantidad considerable de crudo es rebasado por el borde del frente de desplazamiento. En el caso del agua, esta simplemente se mueve más rápido que el petróleo, ocasionando que una cierta cantidad de este se quede atrás.
Todo proceso de este tipo debe apuntar a que esta cantidad de petróleo que se queda atrás sea mínima.
Esto significa que para los crudos más viscosos, considerando la misma tasa de inyección de agua e igual volumen inyectado, el agua irrumpirá primero en el pozo productor, es decir, se manejara más agua en un tiempo más temprano en la vida del proyecto y se producirá menos petróleo. Se continuara produciendo petróleo luego de la irrupción de agua, pero el promedio de producción de petróleo será mucho menor.
Además para los crudos viscosos se necesitan grandes volúmenes de inyección de agua para lograr reducir el petróleo remanente a una cantidad cercana a la irreducible. Es importante destacar que no solamente es pobre la eficiencia de desplazamiento, sino que la eficiencia volumétrica del barrido disminuye en la medida en que aumenta la viscosidad del crudo.
En esto se basa la necesidad de los procesos térmicos y su importancia en la recuperación de petróleos pesados. Es importante señalar que aunque los procesos de extracción por mecanismos térmicos, históricamente han sido aplicados para crudos pesados (muy viscosos), esto no significa que no pueden ser aplicados a otros tipos de crudos, simplemente que su aplicación como la de cualquier otro método debe ser técnica y económicamente factible en el yacimiento escogido. Esto aplica no solo para yacimientos de petróleo pesado y extra-pesado, sino para extracción de carbón y para la explotación de lutitas petrolífera.
Mecanismo de calentamiento del Yacimiento.
Antes de la inyección de cualquier fluido caliente en una formación petrolífera se requiere conocer el área calentada y la distribución de temperatura en la misma. La aplicación de procesos de recuperación térmica, además requiere del conocimiento previo de las propiedades térmicas de los fluidos envueltos, tales como el agua, su vapor, el petróleo y el gas. También las propiedades térmicas de las rocas desempeñan un papel importantísimo, ya que gran parte del calor inyectado es absorbido por estas.
El mecanismo de calentamiento para fines de recuperación térmica mejorada es la transferencia de calor a través de la inyección de fluidos calientes al yacimiento con el propósito de aumentar la temperatura del crudo que este contiene, de manera que este pueda fluir más fácilmente.
Para lograr altos niveles de eficiencia es necesario tomar en cuenta que cuando un fluido caliente (gas, liquido o mescla de ambos) es inyectado a un medio poroso que contiene otros fluidos (petróleo, agua y gas), el calor es transferido a la roca matriz y a los fluidos que se encuentran en los espacios intersticiales, e inevitablemente, también es transferido hacia las formaciones adyacentes no productivas, tanto las que se encuentran debajo como encima de la formación que se desea calentar.
Como el fluido caliente inyectado desplaza parcialmente el petróleo, el agua y el gas que se encuentran contenidos en el yacimiento, al mismo tiempo transporta calor a los espacios porosos de la roca. El mecanismo de calentamiento para los fluidos que se encuentran en la formación, ocurre tanto por conducción y convección a la vez, con la predominancia de alguno de los dos, que depende del tipo de fluido inyectado y de la viscosidad del petróleo, y a su vez la roca matriz es calentada por conducción.
Esta transferencia conductiva hacia la roca, ayuda a igualar las temperas del sólido y del fluido, las cuales usualmente se consideran iguales en cálculos de inyección de fluidos calientes, sin embargo, el método de recuperación y el tipo de fluido inyectado determinara el tiempo al cual se alcanza tal equilibrio térmico. Por ejemplo, el coeficiente de transferencia de calor, en el caso de vapor es mucho más alto que en el caso de agua caliente, esto podría ser la causa del pobre barrido que se ha obtenido en inyecciones de agua caliente.
Métodos de recuperación térmica de petróleo
En general, los métodos de recuperación térmica de petróleo se pueden clasificar en dos tipos:
Inyección de fluidos calientes en la formación:
- Inyección de agua caliente.
- Inyección de vapor.
Generación de calor en el propio yacimiento (procesos “in-situ”):
- Combustión en sitio.
Ahora ampliando más detalles tenemos:
Los aplicables a la formación
A través de una fuente externa de calor, como:
- Inyección de agua caliente o de vapor (continuo o alternado).
- Explosiones nucleares.
- Inyección de electricidad.
A través de una fuente interna de calor, como:
- Combustión en el yacimiento: convencional (seca o húmeda) y en reverso.
- Calor geotérmico.
Aplicables a la vecindad del hoyo del pozo
Con fuentes externas de calor:
- Inyección de agua caliente o de vapor.
- Inyección de aceite caliente.
- Inyección de gases calientes.
- Calentador en el fondo del pozo.
Y por fuente interna de calor:
- Combustión directa limitada.
En conclusión, los métodos de recuperación térmica de petróleo, en especial la inyección de vapor (IAV, ICV), han demostrado ser los procesos de recuperación mejorada de mayor éxito en los últimos años en EE.UU., Canadá y Venezuela.
Bibliografía y fuentes citadas:
- https://www.glossary.oilfield.slb.com/es
- https://www.southportland.org/files/3713/9387/3165/Heavy_Oil_and_Tar_Sands.pdf
- El Pozo Ilustrado - 4ta Edición – 1998, De Efraín E. Barberii (Author)
- EVALUACIÓN DE LA FACTIBILIDAD DE IMPLEMENTACIÓN DE LA INYECCIÓN ALTERNADA DE VAPOR DE AGUA CON GAS EN LA FAJA PETROLÍFERA DEL ORINOCO MEDIANTE EL USO DE UN SIMULADOR NUMÉRICO”. (MARIAM JULIET BARRIOS GONZÁLEZ).
- Calentamiento de yacimientos petrolíferos mediante cápsulas de reacción nuclear.