Maestría en Ingeniería de Hidrocarburos · 2017
Perfiles de inyección de aire para mantener un frente de combustión estable en régimen hto a escala conceptual para crudos pesados
La presente investigación propone un método de análisis del desempeño del proceso de combustión en modelos numéricos en dos y tres dimensiones a escala de laboratorio, construidos con base en la información obtenida de las pruebas de tubo de combustión. Para la propagación de un frente de combustión estable en régimen HTO en modelos de más de una dimensión es necesario usar una tasa de inyección de aire variable a medida que el área del frente de combustión se propaga desde el pozo inyector hacia los pozos productores. Un modelo cinético simplificado con dos reacciones una de craqueo y otra de combustión es usado para escalar los datos de los modelos a escala de laboratorio a escala piloto de campo. Los modelos numéricos a escala piloto de campo pueden ser de gran ayuda para evaluar el desempeño del proceso teniendo en cuenta los rasgos más representativos del yacimiento. Esos modelos juntos con los datos de pruebas de laboratorio permiten estudiar el comportamiento, la forma y la velocidad de propagación del frente de combustiones esperadas en una aplicación a escala piloto. Una vez se determine que el proceso de combustión se puede propagar establemente bajo las condiciones del yacimiento el siguiente paso es el diseño del piloto. Cuando se tengan los resultados de la implementación a escala piloto de campo, los resultados del proceso pueden ser usados para calibrar el modelo numérico del piloto de campo. Finalmente cuando el modelo numérico del piloto esté calibrado, éste puede ser usado para estudiar el desempeño del proceso a escala de todo el campo. 1
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Contenido
- Introducciónp. 18
- 1 Combustión in-situp. 21
- 1.1 Descripción del procesop. 22
- 1.2 Mecanismos de producciónp. 24
- 1.3 Modelo cinéticop. 25
- 1.4 Reacción de Arrheniusp. 28
- 1.4.1 Modelo cinético simplificadop. 29
- 1.5 Prueba de tubo de combustiónp. 33
- 1.5.1 Descripción del Tubo de Combustiónp. 34
- 1.6 Estabilidad del frente de combustiónp. 37
- 1.7 Modelo analítico de Nelson and MacNeilp. 41
- 1.8 Simulación numéricap. 42
- 2 Modelo numérico de tubo de combustión 1Dp. 46
- 2.1 Descripción de la prueba de tubo de combustión secap. 46
- 2.1.1 Datos de operación de la pruebap. 47
- 2.1.2 Resultados de la pruebap. 47
- 2.1.3 Obtención de los parámetros de desempeño de la pruebap. 50
- 2.2 Ajuste históricop. 52
- 2.2.1 Modelo radialp. 52
- 2.2.2 Propiedades generales del modelo numéricop. 52
- 2.2.3 Modelo de fluidosp. 54
- 2.2.4 Modelo cinéticop. 25
- 2.2.5 Curvas de permeabilidades relativasp. 55
- 2.2.6 Pozosp. 86
- 2.2.7 Procedimiento del ajuste históricop. 56
- 3 Modelo a escala de laboratorio y condiciones de laboratoriop. 59
- 3.1 Modelo 1D cartesiano horizontalp. 60
- 3.1.1 Análisis de sensibilidadp. 68
- 3.1.2 Estimación de la tasa máxima de inyección de airep. 87
- 3.2 Modelo 2D a escala de laboratorio y condiciones de laboratoriop. 76
- 3.3 Modelo 3D a escala de laboratorio y condiciones de laboratoriop. 82
- 4 Modelos a escala de laboratorio y condiciones de yacimientop. 85
- 4.1 Estimación de la tasa máxima de inyección de airep. 87
- 4.2 Modelo 2D a escala de laboratorio y condiciones de yacimientop. 88
- 4.2.1 Modelo cinético simplificadop. 29
- simplificado 1p. 97
- simplificado de reacciones 2p. 101
- 4.3 Modelo cartesiano 3D a escala de laboratorio y condiciones de yacimientop. 106
- 5 Perfil de inyección de aire a escala de laboratoriop. 111
- 5.1 Perfil de inyección de airep. 119
- 5.2 Modelo 2D con perfil de inyección de airep. 122
- 6 Modelos a escala de campo y condiciones de yacimientop. 126
- 6.1 Modelo 2D del pilotop. 129
- Nelson and McNeilp. 134
- 6.3 Modelo 3D del Pilotop. 137
- 7 Conclusionesp. 142
- 8 Recomendacionesp. 144
- Referenciasp. 145
- combustión (Wu y Fulton, 1971)p. 22
- (Moore, 1993)p. 27
- Invertidop. 36
- Figura 4 Calculo del flujo de aire a lo largo del tubo cónico, Alamatsaz et al. (2011)p. 37
- combustión (a) y cálculo de la velocidad del frente de combustión (b)p. 40
- (Mercado 2015)p. 49
- Figura 9p. 53
- Figura 10 Perfil de temperatura del modelo numérico ajustado, (Mercado, 2015)p. 58
- Figura 11 Perfil de temperatura del modelo numérico ajustado, (Mercado, 2015)p. 58
- modelo cartesiano verticalp. 62
- camisa y el modelo 1D vertical con camisap. 63
- Figura 14 Transformación de la malla 1D del modelo vertical a un modelo horizontalp. 64
- modelo 1D horizontalp. 64
- el modelo 1D horizontal con HTWELLp. 65
- Figura 17 Perfil de temperatura del modelo basep. 67
- Figura 18 Velocidad del frente de combustión del modelop. 67
- Figura 19 Concentración de combustible del modelo basep. 68
- Figura 20 Comparación del perfil de temperatura del caso base y el cambio de áreap. 69
- porosidadp. 48
- permeabilidadp. 72
- permeabilidadp. 72
- saturación de aceite iniciap. 73
- Figura 25 Malla del modelo 1D radialp. 74
- Figura 26 Perfil de temperatura del modelo radial horizontal 1Dp. 75
- Figura 27 Velocidad del frente de combustión del modelo 1D radialp. 76
- Figura 28 Malla del modelo 2D a escala de laboratorio y condiciones de laboratoriop. 78
- condiciones de laboratoriop. 79
- Laboratoriop. 27
- condiciones de laboratoriop. 81
- escala laboratorio y condiciones de laboratoriop. 81
- laboratoriop. 27
- cartesianos 2D y 3D a escala de laboratorio y condiciones de laboratoriop. 84
- escala de laboratorio y condiciones de laboratoriop. 85
- yacimientop. 23
- yacimiento con temperatura inicial dep. 90
- yacimiento con tasa de inyección de aire máxima multiplicada porp. 91
- yacimiento con tasa de inyección de aire máxima multiplicada porp. 91
- combustión base con modelo cinético simplificadop. 96
- cinético simplificado 1p. 97
- modelo cinético Simplificado 1p. 97
- cinético simplificado 1p. 97
- modelo cinético simplificado 1p. 98
- condiciones de yacimiento con modelo cinético simplificado 1p. 100
- Condiciones de Yacimiento con Modelo Cinético Simplificado 2p. 105
- yacimiento con modelo cinético simplificado 2p. 101
- condiciones de yacimiento con modelo cinético simplificado 2p. 105
- condiciones de yacimiento con modelo cinético simplificado 2p. 105
- condiciones de yacimiento con modelo cinético simplificado 2p. 105
- laboratorio y condiciones de yacimiento con modelo cinético simplificado 2p. 105
- yacimiento con modelo cinético simplificado 2p. 101
- condiciones de yacimiento con modelo cinético simplificado 2p. 105
- laboratorio y condiciones de yacimiento con modelo cinético simplificado 2p. 108
- condiciones de yacimiento con modelo cinético simplificado 2p. 105
- condiciones de yacimiento con modelo cinético simplificado 2p. 105
- de yacimiento con modelo cinético simplificado 2p. 104
- combustión en un ¼ de patrón de inyecciónp. 112
- Smith and Ali (1971)p. 114
- relación de movilidad infinita, McNeil and Moss (1958)p. 115
- pesado, Hallam (1991)p. 116
- (1961)p. 99
- Figura 64 Programa de inyección aire patrón de 5 puntos invertidop. 122
- airep. 32
- Figura 67 Forma del frente de combustión en 2D para diferentes instante de tiempop. 124
- constante y el caso de inyección de aire a tasa variablep. 126
- aire a tasa constante y el caso de inyección de aire a tasa variablep. 126
- Figura 70 Vista 3D del análisis de sensibilidad al tamaño de las celdasp. 131
- las celdasp. 133
- Figura 72 Factor de recobro del análisis de sensibilidad al tamaño de las celdasp. 133
- productorp. 135
- Productorp. 135
- inyector y el pozo productor en el modelo del piloto 2Dp. 136
- Figura 76 Velocidad del frente de combustión del modelo del piloto 2Dp. 137
- Figura 77 Vista de la malla en 3D del pilotop. 138
- Figura 78 Forma del frente de combustión en 3D para diferentes instantes de tiempop. 139
- Figura 79 Composición molar de los gases producidos del pilotop. 139
- Figura 80 Factor de recobro del pilotop. 140
- Figura 81 Velocidad del frente de combustión piloto dep. 141
- Figura 82 Posición del frente de combustión en cada estrato del pilotop. 142
- Tabla 1 Datos Operacionales de la Prueba, (Mercado 2015)p. 48
- 2015)p. 49
- zonas que conforman el sistema, (Mercado 2015)p. 53
- Tabla 4 Propiedades del fluido, (Mercado 2015)p. 54
- Tabla 5 Esteqiometria del modelo cinético de reacciones, (Mercado 2015)p. 55
- Tabla 6 Parámetros cinéticos ajustados, (Mercado 2015)p. 55
- Tabla 7 Malla cartesiana con camisa y malla radial con camisap. 61
- Tabla 8 Ajuste de los parámetros cinéticos de la reacción de craqueop. 66
- Tabla 9 Condiciones de laboratorio y condiciones de yacimientop. 86
- Tabla 10 Parámetros de desempeño del proceso a condiciones de campop. 88
- Tabla 11 Parámetros del modelo cinéticos simplificadop. 95
- invertidop. 121
- Tabla 14 Programa de inyección aire patrón de 5 puntos invertidop. 121
- Tabla 15 Propiedades del yacimiento de crudo pesado brasilerop. 127
- Martin y Seright 1997)p. 128