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Repblica Bolivariana De VenezuelaMinisterio Del Poder Popular
Para La Defensa Universidad Experimental Politcnico De La Fuerza
Armadas Nacionales Ncleo Barinas (U.N.E.F.A)
Integrantes:Valera OsminaBelandria Nelson Martinez Yendrith
Monsalve SolangelLinares Eduardo
Seccin P85Ingeniera de petrleo
Barinas, Enero del 2011Steam Assisted Gravity DrainageDrenaje
por Gravedad Asistido con Vapor (SAGD) Profesora: Ing. Ibonne
Mejias
Es una tecnologa de recuperacin mejorada de petrleo para la
produccin de crudo pesado, extra pesados y bitumen.
El mtodo SAGD; esta tcnica que logra un recobro de 60% a 70% del
Petrleo Original En Sitio (POES). Esta caracterstica lo hace muy
atractivo desde el punto de vista econmico ya que otras tcnicas de
recuperacin trmica al ser aplicadas al mismo tipo de yacimiento
logran un recobro promedio del 18%. Se basa fundamentalmente en la
inyeccin continua de vapor saturado, es una forma avanzada de la
estimulacin de vapor en la que un par de pozos horizontales en
lugar de verticales se perforan en el reservorio, donde uno de
ellos se encuentra a unos pocos metros por encima del otro. Vapor a
baja presin Los operadores inyectan vapor continuamente en el pozo
superior el vapor sube en el yacimiento para calentar el petrleo y
as reducir su viscosidad del crudo, el cual luego fluye por
gravedad hacia el pozo de produccin horizontal inferior permitiendo
de esta forma que el petrleo drene por gravedad hacia el pozo
productor que se encuentra abajo donde ser bombeado en donde es
necesario obtener y mantener las condiciones de equilibrio en
presin, temperatura y flujo tanto en el pozo inyector como
productor.
Introduccin
Antecedentes y Desarrollo Del Proceso SAGD La idea de drenaje
por gravedad fue concebido originalmente por el Dr. Roger Butler,
un ingeniero del Imperial Oil en el ao 1969. Pero no fue hasta 1975
cuando el Imperial Oil lo transfiri a Calgary, Alberta, al frente
de una importante investigacin acerca de este proyecto.Puso a
prueba el concepto en un piloto en Cold Lake, que aparece como uno
de los primeros pozos horizontales en la industria, con inyectores
verticales. A partir de ser considerado ineficiente por el Alberta
Oil Sands Technology and Research Authority (AOSTRA) en los 80, se
dio lugar a la primer prueba de pozos dobles horizontales SAGD, en
el Underground Test Facility (UTF) en las Oil Sands de Athabasca,
donde se prob la factibilidad del concepto.Los primeros pozos SAGD
realizados en el UTF fueron perforados horizontalmente desde un
tnel en la piedra caliza, accediendo desde el tunel vertical de una
mina. El concepto coincidi con el desarrollo de tcnicas de
perforacin direccional que permiti a las empresas de perforacin,
realizar pozos horizontales con precisin, mas baratos y
eficientes.
El proceso SAGD comienza con una etapa de precalentamiento que
consiste en la inyeccin de vapor conjuntamente por el pozo inyector
y productor, accin que permite el establecimiento de intercambio
calrico entre ambos pozos (Butler y Stephens, 1980; Butler, 1991).
Una vez terminado el precalentamiento se contina con la inyeccin de
vapor solamente por el pozo inyector. Se aprecia un corte
longitudinal que muestra la configuracin y comportamiento para un
yacimiento homogneo.
El calentamiento del petrleo por medio del vapor ocasiona una
reduccin en su viscosidad cinemtica facilitndose de esta forma que
el crudo fluya a travs de la interface vapor-arena bituminosa por
diferencia de densidades (Drenaje Gravitacional) hacia el pozo
productor; es decir, el movimiento del petrleo hacia el pozo
productor es causado por la fuerza de la gravedad y la geometra de
una zona saturada de vapor (Cmara de vapor) de forma tal que el
crudo se desplaza casi paralelo a la interface formada por la
frontera de la cmara de vapor que incrementa sus dimensiones de
manera continua. De esta forma, el petrleo y los condensados que se
depositan en la parte ms baja de la cmara de vapor son removidos
continuamente a travs del pozo productor gracias a la alta presin
existente en la cmara de vapor (Butler, 1991). Se aprecia un corte
transversal que muestra el comportamiento para un yacimiento
homogneo.
El mtodo de drenaje gravitacional asistido por vapor (SAGD)
funciona para los petrleos extrapesados. Se perfora un par de pozos
horizontales paralelos, situndose un pozo unos 5 a 7 m [16 a 23
pies] por encima del otro. El vapor inyectado en el pozo superior
calienta el petrleo pesado, reduciendo su viscosidad. La gravedad
hace que el petrleo movilizado fluya en sentido descendente, hacia
el productor horizontal inferior. La comunicacin inicial se
establece entre el inyector y el productor mediante inyeccin de
vapor, vapor cclico o inyeccin de solvente. El factor de
recuperacin estimado para este mtodo oscila entre 50 y 70%.12 No
obstante, la estratificacin de la formacin puede incidir
significativamente en la recuperacin SAGD.13 El mtodo SAGD se
utiliza en muchos campos de Canad, incluyendo los campos Christina
Lake y MacKay River.
La mayor parte de los recursos de petrleo del mundo corresponde
a hidrocarburos viscosos y pesados, que son difciles y caros de
producir y refinar. Por lo general, mientras ms pesado o denso es
el petrleo crudo, menor es su valor econmico. Las fracciones de
crudo ms livianas y menos densas, derivadas del proceso de
destilacin simple, son las ms valiosas. Los crudos pesados tienden
a poseer mayores concentraciones de metales y otros elementos, lo
que exige ms esfuerzos y erogaciones para la extraccin de productos
utilizables y la disposicin final de los residuos. Con la gran
demanda y los altos precios del petrleo, y estando en declinacin la
produccin de la mayora de los yacimientos de petrleo
convencionales, la atencin de la industria en muchos lugares del
mundo se est desplazando hacia la explotacin de petrleo pesado. El
petrleo pesado se define como petrleo con 22.3API o menor densidad.
Los petrleos de 10API o menor densidad se conocen como
extra-pesados, ultra-pesados o superpesados porque son ms densos
que el agua. Comparativamente, los petrleos convencionales, tales
como el crudo Brent o West Texas Intermdiate, poseen densidades que
oscilan entre 38 y 40API.
Esta tecnologa est siendo ahora explotada debido a precios del
petrleo crecientes. Mientras que los mtodos que perforaban
tradicionales eran frecuentes para arriba hasta los aos 90, los
altos precios crudos del siglo XXI estn animando a mtodos ms poco
convencionales (tales como SAGD) que extraigan el petrleo crudo.
Las arenas canadienses del aceite tienen muchos proyectos de SAGD
en marcha, puesto que esta regin es hogar de uno de los depsitos ms
grandes del betn en el mundo (Canad y Venezuela tenga los depsitos
ms grandes del mundo). El SAGD de proceso permiti Energa de Alberta
y tablero de las utilidades para aumentar su probado reservas del
aceite a 179 mil millones barriles, que levantaron las reservas del
aceite de Canad al segundo lo ms arriba posible en el mundo despus
La Arabia Saudita y reservas norteamericanas aproximadamente
cuadruplicadas del aceite.Usos actuales Del Proceso SAGD
En los campos petroleros agotados, ms antiguos, de Venezuela,
donde la inyeccin de vapor se ha utilizado tradicionalmente para
incrementar la produccin. Dado que la inyeccin de vapor slo produce
una recuperacin promedio de 30%, PDVSA empez a utilizar SAGD hace
cinco aos, segn McGee. Tres pares de pozos en Petrleo tierra con
SAGD cerca de Tijuana estn recuperando actualmente 40% de un
yacimiento que en algn momento no produjo ms de 18%. Pero McGee
seala que la generacin e inyeccin de vapor es extremadamente
costosa. En Venezuela PDVSA Empez a Utilizar Proceso SAGD
La necesidad de incrementar la produccin de crudos a corto y
mediano plazo en yacimientos altamente complejos, heterogneos y en
avanzado estado de agotamiento, as como los continuos incrementos
de los costos de produccin e inversiones asociadas a los planes de
explotacin han llevado a realizar estudios de caracterizacin de
yacimientos que indican la existencia de una gran cantidad de
reservas no contabilizadas en los libros oficiales cuyo desarrollo
requiere de una estrategia diferente de explotacin con el objeto de
incrementar y optimizar las tasas de produccin y recobro final de
los mismos. Esta necesidad es la principal fuente motora en la
bsqueda de nuevas tecnologas que incrementen el levantamiento de
los fluidos del yacimiento a la superficie, las cuales son y
seguirn siendo un reto importante en el negocio petrolero. Entre
estas tecnologas emergentes se encuentra el mtodo SAGD (Butler y
otros, 1981; Joshi and Threlkeld 1984), siglas en idioma Ingls que
indican Steam Assisted Gravity Drainage process o Proceso de
drenaje gravitatorio asistido por vapor, la cual es una tcnica que
logra incrementar de 60% a 70% el recobro de petrleo pesado y extra
pesado original en sitio (POES). Esta caracterstica le confiere un
tremendo potencial econmico ya que permite el aprovechamiento a
gran escala de los depsitos de crudos pesados que han sido
detectados hasta la fecha. Es de hacerse notar que otras tcnicas de
recuperacin trmica slo han proporcionado un recobro de 24% en el
mejor de los casos.
Consiste simplemente en perforar en la formacin, dos pozos
horizontales paralelos, uno inyector de vapor superior y otro
productor de petrleo inferior. Por efecto de la Inyeccin de Vapor,
se forma una cmara de vapor a lo largo del pozo inyector, generando
un aumento de la temperatura del yacimiento y los fluidos,
proporcionando as una disminucin de la viscosidad, donde uno de
ellos se encuentra entre 4 a 6 metros por encima del otro.
En el pozo superior se inyecta vapor y en el pozo de abajo se
acumula el petrleo caliente que dren desde la formacin productiva,
junto con el agua de la condensacin del vapor inyectado. La base
del procesoes que al inyectar el vapor se forma una "cmara de
vapor" que crece a lo alto de la vertical y horizontalmente en la
formacin. El calor del vapor reduce la viscosidad del crudo pesado,
lo cual permite que fluya hacia la parte inferior del pozo.
Descripcin Del Proceso SAGD
El vapor y los gases, ascienden debido a su baja densidad en
comparacin con el crudo pesado, asegurando que el vapor no sea
producido en el pozo inferior. Los gases liberados, que incluyen el
metano, el dixido de carbono, y por lo general algunos de sulfuro
de hidrgeno, tienden a aumentar en la cmara de vapor, llenando el
espacio vaco dejado por el petrleo y, hasta cierto punto, forman
una manta aislante de calor por encima de la de vapor.El flujo del
petrleo y el agua van en contracorriente, impulsado por la gravedad
de drenaje en la parte inferior del pozo. El agua condensada y el
petrleo crudoson recuperados a la superficie por medio de algn
sistema de levantamiento artificial como puede ser el sistema de
cavidades progresivas (PCP) el cual tiene una excelente performance
para el desplazamiento de fluidos de viscosidad con slidos en
suspensin. La operacin del pozo inyector y productor, a una presin
aproximada a la del reservorio elimina los problemas de
inestabilidad que afectan a todos los procesos de alta presin de
vapor, por lo que a partir del SAGD se puede producir entre el 70%
al 80% del oil in place en reservorios adecuados. El proceso es
relativamente insensible a las vetas de pizarras u otros obstculos
verticales, ya que como la roca se calienta, la expansin trmica
diferencial hace que se formen fracturas, permitiendo a que el
vapor y el lquido fluyan a travs de ellas. Esto permite que las
tasas de recobro superen los valores antes mencionados en muchas
oportunidades. Trmicamente, el SAGD es dos veces ms eficaz que la
estimulacin cclica de vapor (CSS), resultando tambin en menor
cantidad de pozos.
Los pozos emplazados en yacimientos de petrleo pesado plantean
una diversidad de complejidades relacionadas con su construccin y
terminacin. Tales complejidades incluyen la perforacin de pozos
estables en formaciones dbiles, el emplazamiento preciso de pozos
horizontales, el diseo de sistemas tubulares y cementaciones
duraderas para pozos que experimentan temperaturas extremas y la
instalacin de equipos de control de la produccin de arena,
terminacin de pozos y levantamiento artificial que deben operar en
forma eficaz bajo las condiciones ms rigurosas.Todas estas
operaciones se ven beneficiadas con la adopcin de un enfoque de
ingeniera integrado que puede basarse en la experiencia global para
proveer soluciones a los nuevos problemas asociados con el petrleo
pesado. Los pozos que experimentan variaciones de temperatura
extremas, tales como en los proyectos SAGD, requieren equipos de
terminacin especiales de alto desempeo. Las temperaturas elevadas y
la variacin de la temperatura pueden hacer que los elastmeros
comunes fallen. Esto se traduce en sellos rotos, que dejan escapar
la presin y los fluidos por la tubera de revestimiento,
incrementando la posibilidad de corrosin de la misma y reduciendo
la eficiencia de las operaciones de inyeccin de vapor.
Recientemente, los ingenieros de Schlumberger desarrollaron
sistemas no elastomricos capaces de operar con temperaturas
cicladas de hasta 343C [650F] y con presiones de hasta 21 MPa
[3,046 lpc]. Estos sistemas mantienen la integridad de la presin,
permitiendo al mismo tiempo el despliegue de equipos de monitoreo y
control de yacimientos; Los colgadores termales para tuberas de
revestimiento cortas, de alta temperatura.Construccin y Terminacin
De pozos
Los pozos SAGD necesitan equipos de fondo con mrgenes de
temperatura elevados. Estos pozos requieren altas tasas de
incremento, control de la proximidad entre el inyector y el
productor, cementacin flexible, control de la produccin de arena, y
colgadores para tuberas de revestimiento cortas, empacadores y
equipos de levantamiento artificial capaces de operar a
temperaturas que pueden superar los 280C (536F).
La generacin de vapor representa aproximadamente el 75% del
costo de operacin de un pozo donde se aplica el mtodo SAGD. Reducir
la relacin vapor-petrleo (SOR), manteniendo al mismo tiempo el
rgimen de produccin, es clave para mejorar la rentabilidad de la
operacin. La reduccin del consumo de solvente se traduce en un
ahorro del costo energtico, disminuye el volumen de agua producida
y los costos de tratamiento, y reduce las emisiones de CO2. Un
componente importante del esfuerzo para reducir la relacin SOR es
el sistema de bombeo elctrico sumergible de alta temperatura REDA
Hotline 550, regulado para operar en forma continua a una
temperatura de motor interna de hasta 288C [550F] o a una
temperatura de fondo de pozo de 216C [420F]. Su aislamiento
termoplsico para el bobinado del motor, de alta temperatura, fue
desarrollado inicialmente y patentado para pozos geotermales y
pozos bajo inyeccin de vapor. El sistema completo est diseado para
compensar las tasas de expansin y contraccin variables de los
diferentes materiales utilizados en el diseo de la bomba. La
utilizacin de un sistema ESP permite que el yacimiento sea
explotado a una presin que es independiente de la presin en boca de
pozo o la presin del separador, lo que mejora la calidad del vapor
que puede inyectarse. Esto permite reducir la relacin SOR en un 10
a un 25%, generando un ahorro de aproximadamente US$ 1.00 por
barril de petrleo producido. Adems, el sistema ESP Hotline 550
posee excelentes estadsticas de confiabilidad; siendo la instalacin
ms larga en funcionamiento, ha estado operando durante 844 das. El
sistema ESP Hotline 550 es utilizado por numerosos operadores
canadienses, incluyendo Encana, Suncor, ConocoPhillips, Nexen,
Total, Husky y Blackrock.
VENTAJAS DEL PROCESO DE DRENAJE POR GRAVEDAD ASISTIDA POR
VAPOR
El vapor asciende continuamente y crece en sentido horizontal
permitiendo drenar el petrleo de un rea bastante grande (aunque los
pozos inyector y productor estn bastante cerca en la direccin
horizontal).El petrleo permanece caliente y fluye hacia el pozo de
produccin.
Desventajas DEL PROCESO DE DRENAJE POR GRAVEDAD ASISTIDA POR
VAPOR
proceso de SAGD no est enteramente sin desventajas sin embargo;
requiere cantidades pequeas de agua dulce y de agua grande que
reciclan instalaciones y gas natural o electricidad con carbn
barata para crear el vapor. Confiando en drenaje de la gravedad,
tambin requiere depsitos comparativamente gruesos y
homogneos.Diversos procesos todava se estn desarrollando. Los
procesos derivados se estn desarrollando incluyendo SAGP y ES-SAGD
en los cuales el gas no condensable/condensable se mezcle con el
vapor Prediccin terica de la tasa en el proceso de SAGDConduccin de
calor en la direccin normal de la inter-fase.la tasa de calor
depende de:conductividad trmica del yacimiento de su densidad y
calor especifico.Tasa de avance de la inter-fase.La velocidad de
avance es U
Su Aplicabilidad principal es para yacimientos de crudo pesado,
los cuales son generalmente someros (poco consolidados), se debe
tener mucho cuidado a la hora de perforar estos pozos. En base a la
informacin obtenida, tanto de pruebas pilotos como proyectos
comerciales en curso se realiz un anlisis estadstico de los
parmetros que tienen mayor influencia sobre la produccin acumulada
de petrleo y se determin un modelo de yacimiento ideal para la
aplicacin de SAGD, encontrndose que las propiedades recomendadas
son coherentes con los proyectos efectuados hasta el
momento.Espesor de arena neta petrolfera > 50 Pies Relacin Kv/Kh
> 0,8 Gravedad API < 15 Permeabilidad (k) > 2 Darcy
Porosidad (f) > 30 % Presin > 200 Psi Saturacin de Petrleo
(So) > 50 % Continuidad Lateral < 1500 Pies
Criterio De Seleccin Del proceso SAGD
En base al estudio estadstico realizado, tomando en cuenta las
propiedades promedio ms importantes de los proyectos pilotos se
presenta el siguiente escenario aceptable para el xito.
Modelo de Yacimiento propuesto para aplicacin exitosa de
SAGD.Yacimiento Modelo Para La Aplicacin Del proceso SAGD
Saturacin inicial de Petrleo: Al tener mayor saturacin inicial
de petrleo, mayor es el recobro final del mismo, menor energa es
perdida por calentamiento del agua que satura inicialmente la
formacin, de la misma forma que el agua es un buen medio para
transferir calor por su alto calor especifico, tambin es un medio
para quitar el calor latente del vapor.
Permeabilidad:Se recomienda una permeabilidad horizontal de 5.6
D, con una variacin vertical de permeabilidad vertical, lo cual
favorece el desarrollo lateral de la cmara de vapor, y
adicionalmente disminuye el tiempo en el cual sta llega al tope del
yacimiento, momento a partir del cual comienzan las prdidas de
calor a la sobrecarga (overburden), hay que recordar que muchas
variantes de SAGD busca disminuir estas prdidas.
Las condiciones encontradas en Venezuela son diferentes a las de
Canad, la movilidad inicial de los fluidos dentro de yacimiento no
hace necesario precalentamiento para dar inicio al proceso de SAGD,
por lo cual debe estudiarse el impacto que tiene la separacin en el
desarrollo de la cmara de vapor y en el recobro final en vez de la
de dar movilidad a los fluidos entre ellos por
calentamiento.Separacin Vertical entre los Pozos:
Espesor de Arena:
Se sugiere un espesor de arena igual a 20 m, se observa que esta
propiedad presenta una desviacin estndar de 6.130, por lo cual no
deben hacerse una generalizacin en el espesor, aunque espesores
delgados generan mayores prdidas de calor al aplicar el proceso, y
a mayor espesor mayor es la eficiencia trmica y la vida productiva
del proceso.
Identificar las propiedades de yacimiento encontradas en
localizaciones donde se ha aplicado SAGD exitosamente es solo una
parte y no asegura por si misma el xito del proyecto. Un correcto
diseo operacional es igualmente importante en el xito del proyecto,
se toma como ejemplo el proyecto de SAGD realizado en Liaohe China
, el cual fue suspendido debido a:
capacidad de levantamiento insuficiente del sistema de gas lift.
dificultades enla comunicacin entre el pozo inyector y el productor
debido al espaciamiento entre el los mismos.
SAGDinyeccin convencional de vaporpozos horizontalespozos
verticalesDesplazamiento del vapor en direccin vertical y
horizontal; luego se producen los fluidos por
gravedad.Desplazamiento del vapor en direccin horizontal los
condesados se mezclan con el petrleo frio adelante del frente de
condensacin (el petrleo desplazado por el vapor se enfra y es
dificultoso desplazarlo hacia el pozo de produccin.)No ocurre
rebasamiento de vapor inyectado.Rebasamiento (override) del vapor
inyectado Tasa de produccin del orden de 0,3 B/PIES Tasa de
produccin es relativamente baja
Diferencias con: