Proyecto De Combustion

Combustión in situ.

La combustión en sitio implica la inyección de aire al yacimiento, el cual mediante ignición espontánea o inducida, origina un frente de combustión que propaga calor dentro del mismo. La energía térmica generada por éste método da lugar a una serie de reacciones químicas tales como oxidación, desintegración catalítica, destilación y polimerización, que contribuyen simultáneamente con otros mecanismos tales como empuje por vapor y vaporización, a mover el petróleo desde la zona de combustión hacia los pozos de producción.

Se conocen dos modalidades para llevar a cabo la combustión in situ en un yacimiento, denominadas: combustión convencional hacia adelante (forward combustión) debido a que la zona de combustión avanza en la misma dirección del flujo de fluidos; y combustión en reverso o contracorriente (reverse combustion) debido a que la zona de combustión se mueve en dirección opuesta a la del flujo de fluidos. En la primera de ellas, se puede añadir la variante de inyectar agua alternada o simultáneamente con el aire, originándose la denominada combustión húmeda, la cual a su vez puede subdividirse dependiendo de la relación agua/aire inyectado, en combustión húmeda normal, incompleta y superhúmeda. Las mismas persiguen lograr una mejor utilización del calor generado por la combustión dentro del yacimiento, reduciendo así los costos del proceso.

Combustión Convencional o Hacia Delante (forward combustión)

En este proceso, los fluidos inyectados y el frente de combustión se mueven en el mismo sentido, es decir, del pozo inyector hacia los pozos productores. Durante este proceso se forman dentro del yacimiento varias zonas perfectamente diferenciables, las cuales se indican en detalle en la Figura N°1 Estas zonas se originan por las altas temperaturas generadas dentro del medio poroso, el cual se encuentra saturado inicialmente con agua, petróleo y gas.

Fig. N° 1. Esquema de la Combustión Convencional o Hacia Delante.

• Zona de aire Inyectado y zona de agua: esta zona se extingue a medida que el frente de combustión avanza.

• Zona de aire y agua vaporizada: el agua inyectada o formada se convertirá en vapor en esta zona debido al calor residual. Este vapor fluye hacia la zona no quemada de la formación ayudando a calentarla.

• Zona de combustión: esta zona avanza a través de la formación hacia los pozos productores, la velocidad con que se mueve esta zona depende de la cantidad de petróleo quemado y de la tasa de inyección de aire. Se desarrollan temperaturas que van desde los 600°F hasta los 1200°F

• Zona de craqueo: la altas temperaturas que se desarrollan delante de la zona de combustión causan la vaporización de las fracciones más livianas del petróleo, dejando un carbón residual formado por las fracciones más pesada denominado ”coque” que actúa como combustible para mantener el avance del frente de combustión.

• Zona de vapor o vaporización: aproximadamente a los 400°F se desarrolla una zona de vaporización que contiene productos de la combustión, hidrocarburos livianos vaporizados y vapor.

• Zona de condensación: en esta zona debido a su distancia del frente de combustión, el enfriamiento causa que los hidrocarburos livianos se condensen y que el vapor la convierta en una zona de agua caliente ( 50 a 200°F), esta acción desplaza el petróleo miscible, el vapor condensado lo adelgaza y los gases de combustión ayudan a que se desplace hacia los pozos productores.

• Banco de petróleo: esta zona contiene petróleo, agua y gases de combustión cerca de la temperatura inicial.

• Gases fríos de combustión: el banco de petróleo se enfriara a medida se mueve hacia los pozos productores y la temperatura caerá hasta un valor muy cercano a la temperatura inicial del yacimiento. El CO2 contenido en los gases de combustión es beneficioso debido a su disolución en el crudo, lo cual produce el hinchamiento y reducción de su viscosidad.

Combustión en Reverso o Contracorriente (reverse combustion)

En este caso, el frente de combustión se mueve en dirección opuesta al flujo de aire, induciéndose la ignición del crudo en el pozo productor. La Fig. N° 2. Presenta un esquema simplificado de este proceso, indicándose las zonas formadas dentro del yacimiento.

Fig. N° 2. Esquema de la Combustión en Reverso

El movimiento del frente de combustión es hacia las zonas de mayor concentración de oxígeno y los fluidos desplazados atraviesan dicho frente de combustión como parte de la corriente de gas, siendo transportados a través de la zona caliente hacia los pozos productores por drenaje por gravedad y por empuje por gas. El comportamiento de este proceso es muy diferente al convencional, pues la zona de combustión no consume todo el combustible depositado delante de ella, pero sí parte de los componentes medianos y livianos del petróleo in situ. Casi ni existe producción de Monóxido o Bióxido de Carbono y las principales reacciones ocurridas durante la oxidación del crudo originan compuestos oxigenados tales como aldehídos, ácidos peróxidos y otros

Ventajas y desventajas de la Combustión Convencional y La Combustión en Reverso.

Tipo de Combustión Ventajas

Desventajas

Convencional - La parte quemada del crudo en la forma de coque es menor, dejando la arena limpia detrás del frente de combustión.

-El petróleo producido debe pasar a través de una región fría y si este es altamente viscoso ocurrirá un bloqueo de los líquidos lo cual puede ocasionar la finalización del proceso.

-El calor almacenado fuera de la zona quemada no es utilizado eficientemente debido a que el aire inyectado no es capaz de transportar efectivamente el calor hacia adelante.

En Reverso - Ocurre una reducción de la viscosidad del petróleo por un factor de 10.000 o más, esto lo hace fluir fácilmente hacia los productores. Es utilizado en petróleos viscosos. - No es tan eficiente como la convencional, debido a que una fracción deseable del petróleo se quema como combustible mientras que la fracción no deseable permanece en la región detrás del frente de combustión.

-

- Requiere el doble de cantidad de aire que una convencional.

- Fuerte tendencia a la combustión espontanea.

Tabla N° 3. Ventajas y desventajas de la Combustión Convencional y La Combustión en Reverso.

Combustión Húmeda

Variante de la Combustión Convencional que se genera al inyectar agua, alternada o simultáneamente con el aire, una vez que se ha logrado la ignición del crudo in situ. Su clasificación en Normal, Incompleta o Superhúmeda, ha sido propuesta en base a las características de los perfiles de temperatura y saturación originados durante el proceso. En sus variantes Normal o Incompleta, el agua inyectada al ponerse en contacto con la zona quemada, se evapora y fluye a través del frente de combustión como parte de la fase gaseosa, ya que la máxima temperatura del frente de combustión es en este caso, mayor que la temperatura de vaporización del agua a la presión del sistema.

• Combustión Húmeda Normal: cuando el coque depositado se consume completamente.

• Combustión Húmeda Incompleta: ocurre cuando el agua inyectada hace que el combustible depositado no se queme por completo.

• Combustión Superhúmeda: se logra cuando la cantidad de calor disponible en la zona quemada no es suficiente para vaporizar toda el agua inyectada al sistema. En este proceso, la máxima temperatura de combustión desaparece, y la zona de vaporización – condensación se esparce por todo el medio poroso.

Para la Planificación de un proyecto de combustión in situ.

Objetivo:

Diseñar e implantar una prueba piloto de interés, esta se ha definido como una Prueba de Combustión en Sitio con barrido térmico a fin de aumentar el factor de recobro.

En esta prueba se necesitaran una cierta cantidad de pozos los cuales tendrán usos distintos:

• Un pozo inyector vertical.

• Dos pozos productores horizontales.

• Cuatro pozos verticales observadores.

Las instalaciones y procesos a nivel de superficie comprenden:

• Compresores, manejo e inyección de aire.

• Líneas de inyección.

• Instalaciones para el sistema de levantamiento.

• Unidad de manejo, separación y tratamiento de los fluidos producidos.

• Almacenamiento y transferencia de la producción a la estación de flujo correspondiente.

El programa de esta prueba piloto contempla una primera fase de inyección de vapor como método para acelerar la ignición. Una vez completada esta fase, se contempla iniciar la ignición a través de la inyección de aire al yacimiento, la cual se continuará durante el desarrollo de la prueba. Adicionalmente, el pozo contará con facilidades para la inyección de nitrógeno una vez concluida la operación de inyección de aire. En paralelo se estarán operando los pozos productores, los cuales serán producidos mediante bombeo mecánico. Una vez comprobada la estabilidad y avance del frente de combustión, se prevé inyectar agua con la finalidad de realizar combustión húmeda.

La planta contará con sistemas para el manejo y disposición de los efluentes líquidos y desechos sólidos generados en los procesos de separación, deshidratación y almacenamiento, a fin de

...