Maestría en Ingeniería de Hidrocarburos

URI permanente para esta colecciónhttps://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/9039

Examinar

Mostrando 1 - 20 de 109

Evaluación experimental de la distribución del incremento de temperatura en un sistema de calentamiento electromagnético (CEM) integrado con inyección de nanopartículas de óxido de hierro para crudos pesados
(Universidad Industrial de Santander, 2025-11-10) Barrera Berbesi, Daniela; Herrera Otero, Edwar Hernando; Bottia Ramírez, Hernando; Mejía Ospino, Enrique; García Duarte, Hugo Alejandro
Algunos campos de crudo pesado requieren el suministro de calor para la disminución de viscosidad, aunque los métodos convencionales requieren alternativas como lo es la aplicación de radiofrecuencia. Para lograrlo se requiere su evaluación experimental y la caracterización matemática para predecir su comportamiento a escalas de pozo. En este estudio se evalúa experimentalmente la distribución del incremento de temperatura en un sistema de calentamiento electromagnético (CEM) integrado con inyección de nanopartículas para crudos pesados. Se realizó la determinación de variables mediante una revisión bibliográfica, donde las variables respuesta son el perfil de temperatura, la potencia aplicada y las variables de estudio la saturación de agua y la presencia de nanopartículas de óxido de hierro. Un sistema emisor de ondas de antena irradia la muestra representativa del yacimiento la cual es una arena con casos de saturación variable de agua, crudo y un caso de aplicación de nanopartículas contenida en un tanque reactor. El diseño de experimentos se basó en el modelo de una variable a la vez, para obtener la información necesaria para probar y ajustar un modelo que describa el comportamiento de la tecnología al aplicar nanopartículas. Se obtuvieron los perfiles de temperatura mediante termocuplas y la potencia aplicada para realizar los análisis utilizando un modelo que aplica una ecuación de transferencia de calor para simular el flujo de energía en un sistema roca-fluido bajo radiación electromagnética. Se estudia el comportamiento de las temperaturas según la saturación de agua, aceite y la concentración de nanopartículas. El modelo propuesto integra estos factores con un simulador numérico que estima la transferencia de calor, considerando el coeficiente de absorción electromagnética, y permite simular este proceso a diferentes escalas, superando las limitaciones de los simuladores comerciales tradicionales.
Evaluación del efecto del agua inteligente en el comportamiento de la mojabilidad y eficiencia de desplazamiento con muestras de roca arenisca y un crudo de gravedad API < 23° representativos de un campo colombiano mediante pruebas de laboratorio
(Universidad Industrial de Santander, 2025-11-26) Montañez Sarmiento, Johann Fernando; Gómez Delgado, Jimena Lizeth; García Duarte, Hugo Alejandro; Sandoval Martínez, María Isabel
El presente trabajo tiene como objetivo evaluar el efecto del agua inteligente en la mojabilidad del medio poroso y en la eficiencia de desplazamiento, mediante pruebas de laboratorio realizadas con muestras representativas de un campo colombiano. La metodología implementada busca reducir el número de experimentos necesarios a través de una etapa inicial de evaluación de una sola variable, en la cual se selecciona una ventana óptima de salinidad. Dentro de esta ventana se evalúan diferentes formulaciones de salmueras de inyección considerando tres variables de estudio. Para ello, se plantea un diseño experimental factorial multinivel que permite identificar la formulación más favorable. Una vez seleccionada dicha formulación, se lleva a cabo una prueba cuantitativa de mojabilidad, más robusta y representativa de la interacción entre el fluido de inyección y el sistema COBR mediante el método de Amott-Harvey. Posteriormente, se realiza el experimento de coreflooding para determinar la eficiencia de desplazamiento, empleando dos esquemas de inyección de agua inteligente que permiten evidenciar su beneficio máximo en este parámetro. Para el análisis de resultados, se comparó un caso base utilizando la salmuera representativa de formación como agua de inyección convencional con los resultados obtenidos al implementar la formulación seleccionada en el diseño experimental. En términos de mojabilidad, se observó un incremento en el valor de la prueba, lo que indica una mayor afinidad del medio poroso hacia el agua después de la inyección de agua inteligente. En cuanto a la eficiencia de desplazamiento, se evidencia un aumento en ambos esquemas de inyección evaluados, siendo el mejor desempeño aquel en el que se inyectó agua inteligente sin un previo waterflooding convencional.
Evaluación experimental del efecto de nanohojas derivadas de óxido de grafeno como modificadores de mojabilidad mediante ensayos de interacción roca - fluido
(Universidad Industrial de Santander, 2025-11-18) Rodríguez Molina, John Jairo; Carrillo Moreno, Luis Felipe; Gómez Delgado, Jimena Lizeth; Martínez López, Raúl Andrés; Gambús Ordaz, Maika Karen; Cárdenas Montes, José Carlos
La eficiencia de los métodos de recuperación mejorada del petróleo, dependen en gran medida de la capacidad para modificar las condiciones fisicoquímicas del sistema roca-fluido, entre estas, la humectabilidad de la roca. En este sentido, en los últimos años, el uso de formulaciones basadas en nanopartículas ha surgido como alternativas para alterar dicha propiedad, siendo una de las más prometedoras el uso de nanopartículas derivadas del óxido de grafeno. El presente trabajo evalúa experimentalmente el uso de nanohojas derivadas de óxido de grafeno como modificadores de la mojabilidad en sistemas roca-fluido, con el objetivo de optimizar procesos de recuperación mejorada de petróleo. Para ello, se llevaron a cabo ensayos de caracterización fisicoquímica y estudios de interacción, orientados a analizar el comportamiento de estas nanoestructuras frente a los distintos componentes del sistema, mediante pruebas de compatibilidad fluido-fluido y de interacción roca-fluido. El programa experimental incluyó desde la caracterización inicial de las nanohojas hasta ensayos de desplazamiento en núcleos (coreflooding), permitiendo evaluar su desempeño en condiciones representativas del yacimiento. Los resultados obtenidos demuestran que las nanohojas de óxido de grafeno son capaces de modificar favorablemente la mojabilidad hacia una condición que favorece el desplazamiento de la fase oleica a través del medio poroso, sin generar daño en la formación y logrando una recuperación incremental del 7%. Este estudio aporta al desarrollo de tecnologías basadas en nanomateriales aplicadas a la industria energética, especialmente en el ámbito de la recuperación mejorada de petróleo.
Evaluación del efecto de nanomateriales para mejorar la resistencia del cemento al ataque químico del CO₂ mediante técnicas de simulación en dinámica molecular
(Universidad Industrial de Santander, 2025-11-11) Rojas Santos, Héctor; Ramírez Caballero, Gustavo Emilio; Ariza León, Emiliano Ariza León; Mejía Ospino, Enrique; González Silva, German
La investigación se centra en analizar la interacción dinámica entre el dióxido de carbono (CO₂) en fase acuosa y la matriz de cemento, desencadenando el proceso de carbonatación y afectando las propiedades mecánicas del gel de silicato de calcio (C-S-H). Los resultados, obtenidos mediante simulaciones por dinámica molecular utilizando los campos de fuerza ClayFF para el C-S-H, OPLS-AA para el óxido de grafeno (OG), y EPM2 para el CO2, revelan que la difusión gradual del CO₂ impacta los módulos de Bulk, Shear, Young y la relación de Poisson, mostrando variaciones significativas con el tiempo de exposición. La inclusión de CO₂ en la estructura molecular del gel C-S-H conlleva reducciones considerables en el módulo de Young (48.2%), módulo de Shear (27.6%), módulo de Bulk (39.1%), y la relación de Poisson (17.8%), indicando una disminución en la resistencia y rigidez del material. Además, la introducción de OG en el sistema Gel C-S-H y CO₂ demuestra mejorar la resistencia química y mecánica. Los resultados evidencian reducciones menos pronunciadas en los módulos y la relación de Poisson (31.7%, 13.2%, 17.6%, y 9.7%, respectivamente) en comparación con el sistema sin OG. Estos hallazgos cuantitativos respaldan la conclusión de que la presencia de OG mitiga los efectos adversos del CO₂, mejorando la resistencia química y mecánica del sistema.
Evaluación del potencial de generación de energía de los sistemas geotérmico avanzado y mejorado mediante simulación numérica comparativa
(Universidad Industrial de Santander, 2025-09-01) Tarazona Robles, Ángela Stefany; Gambús Ordaz, Maika Karen; Pérez, Javier; Pérez Carrillo, Édgar Ricardo; Patiño Suárez, César Augusto
Este estudio evaluó el potencial de generación energética de los sistemas geotérmicos mejorado (EGS) y avanzado (AGS) en un mismo yacimiento metamórfico de roca seca, a través de modelos de simulación numérica. El objetivo fue determinar cuál de los dos métodos presenta mayor rendimiento de producción bajo iguales condiciones de formación. Se desarrollaron modelos conceptuales que incluyeron fracturamiento hidráulico, configuraciones de pozos y sensibilidad de variables. Los resultados permitieron comparar la eficiencia de ambos sistemas y establecer cuál ofrece un mejor aprovechamiento del recurso geotérmico de roca seca. La investigación aporta evidencia para orientar decisiones técnicas en proyectos piloto y fortalecer el desarrollo de la geotermia como fuente energética en Colombia en especial en la región de Nereidas ubicado cerca al Volcán Nevado del Ruiz.
Simulación de un Intercambiador de Calor de Fondo de Pozo para el Aprovechamiento de la Energía Geotérmica Empleando Dinámica de Fluidos Computacional (CFD)
(Universidad Industrial de Santander, 2025-08-28) Vera Arenas, Oscar Felipe; González Silva, Germán; Prieto Jiménez, Natalia; Jaramillo Ibarra, Julián Ernesto; Pérez Carrillo, Édgar Ricardo
La energía geotérmica es una fuente potencial y prometedora de energía renovable que juega un papel clave en la transición hacia un futuro mas sostenible, a diferencia de las energías eólica y solar, la energía geotérmica está disponible las 24 horas del día, sin embargo, su implementación enfrenta desafíos. Los yacimientos geotérmicos se clasifican según su temperatura, las zonas de de baja entalpía comprende las temperaturas menores a los 100 °C, las cuales son las zonas más comunes, estas zonas del subsuelo consisten en un sistema de roca caliente formadas por capas de roca impermeable que recubre un foco calorífico y del cual se hace uso de un intercambiador de calor de fondo de pozo, o DHE por sus siglas en inglés, para la extracción de la energía, sin embargo, dicha energía se pierde a los alrededores a medida que asciende ya que la temperatura de la superficie varía para cada época del año, además el incorrecto dimensionamiento del DHE puede dar lugar a instalaciones ineficientes donde las pérdidas representan el 18% de la energía útil. En este estudio se simularon los efectos termodinámicos de un intercambiador de calor de fondo para el aprovechamiento de la energía geotérmica mediante el uso de la herramienta de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD). Para ello se recrea en el simulador, un modelo de un intercambiador de tipo vertical de 50 metros de longitud y de diámetro de 150 mm, además de tipo coaxial, es decir, tubo dentro de otro tubo con tubería externa de 75 mm e interna de 40 mm, por el cual circula agua a flujo constante y a una temperatura de entrada de 30°C para uso de refrigeración. Las temperaturas del subsuelo y las temperaturas de salida del fluido son extraídas de un banco de pruebas experimentales de un artículo de la literatura, datos que posteriormente validan los resultados obtenidos por la simulación. El modelo utilizado es la teoría clásica de la fuente cilíndrica simplificada con el método de volúmenes finitos. Una vez se calculan los valores de la energía transferida y la temperatura de salida del fluido portador, se procede a calcular una vez más dichos resultados en un diseño paramétrico que consiste en aumentar en un 10% y 20% los diámetros de la tubería interior y exterior y así conocer las posibles combinaciones que mejoren la captación de la energía. Los resultados encontrados demuestran un delta de temperatura de 8 grados y una mejora en más del 5% del coeficiente operacional (COP) del DHE al modificar la relación de diámetros de las tuberías y de la velocidad del flujo, dando lugar a valores de turbulencia y de transferencia de calor efectivas. De igual manera se hace análisis del efecto en las pérdidas de calor al aumentar la longitud del intercambiador para los casos de refrigeración y calefacción, dando lugar a un dimensionamiento del DHE más conveniente y eficaz.
Tratamiento del agua de producción de un campo petrolero sometido a recobro químico con surfactantes aniónicos mediante el uso de carbones activados
(Universidad Industrial de Santander, 2025-05-27) Castellanos Amador, Sergio Fernando; León Bermúdez, Adán Yovani; Peña Ballesteros, Darío Yesid; Molina Velasco, Daniel Ricardo; Fajardo Rojas, Jair Fernando; Mejía Ospino, Enrique
El agua de producción se obtiene junto con el petróleo, alcanzando hasta un 98% en campos maduros. En Colombia, la relación es de 13 barriles de agua por barril de crudo. Para mejorar la extracción, se usa recobro químico con surfactantes, lo que genera grandes volúmenes de agua con compuestos nocivos, requiriendo tratamiento antes de su disposición. En esta investigación, se desarrollaron carbones activados a partir de cuesco de palma para adsorber el surfactante aniónico dodecilbenceno sulfonato sódico (SDBS) en aguas de producción. Inicialmente, la biomasa se secó, se trituró y clasificó en tres tamaños de partícula con valores de 8-12 (A), 12-20 (B) y 20-30 (C) mesh. Los carbones activados (CA) fueron preparados en un horno tubular Carbolite con control de temperatura y atmosfera inerte con N2. Las pruebas se ajustaron mediante un diseño factorial 23 sobre el material B, usando como variable respuesta el área superficial y como variables independientes la temperatura (430-480°C), la relación de impregnación (RI) de H3PO4 (1-1,5), y el tiempo de reacción (30-60min). Los CA A y C fueron preparados con las condiciones óptimas en la preparación del CA B, establecidas a 480 °C, 1,5 (RI) y tiempo de reacción de 30 min. Las pruebas de área superficial BET determinaron que para los CA A, B y C fueron 920, 1276 y 1543 m2/g, respectivamente. El análisis FTIR-ATR confirmó que la presencia de los grupos funcionales -COOH y -OH. Aunque el carbón de malla 20-30 mostró mayor capacidad de remoción, se seleccionó el de malla 12-20 por su compatibilidad con la tecnología existente. La adsorción del SDBS alcanzó el 97,96%, ajustándose a un modelo cinetico de pseudo segundo orden (R²=0,9999). La isoterma de Temkin (R²=0,9998) indicó interacciones relevantes entre moléculas adsorbidas. Estos carbones activados pueden aplicarse como tratamiento complementario para aguas de producción.
Evaluación del agua inteligente con surfactante en la recuperación de crudo en muestra de arenisca mediante análisis experimental
(Universidad Industrial de Santander, 2024-11-08) García Nossa, Jorge Andrés; Gómez Delgado, Jimena Lizeth; Martínez López, Raúl Andrés; Mercado Ojeda, Ronald Alfonso; López Ramírez, Simón
La inyección de agua ha sido ampliamente usada en el mundo como un método de recuperación secundaria del petróleo, para mantener la presión de los yacimientos y/o desplazar el hidrocarburo hacia los pozos productores por acción de fuerzas viscosas. Actualmente, se investiga como un método EOR, modificando la composición iónica del agua para cada sistema roca-fluido específico, de modo que altere el equilibrio fisicoquímico establecido entre la roca yacimiento, la salmuera de formación y el hidrocarburo, incidiendo sobre las fuerzas capilares, siendo las que principalmente gobiernan la captura y movilización de fluidos en el medio poroso, permitiendo reducir la saturación de petróleo residual. Se realiza un estudio a escala de laboratorio sobre el comportamiento de las fuerzas capilares por la modificación iónica de la salmuera de formación de un campo colombiano de crudo pesado junto con la adición de un surfactante aniónico, mediante pruebas de ángulo de contacto para analizar cambios en la humectabilidad, y de tensión interfacial, además, se realizan ensayos de compatibilidad fluido-fluido, pruebas de adsorción y pruebas de desplazamiento. Lo anterior, para evaluar la inyección de agua inteligente y agua inteligente con surfactante como métodos EOR. De acuerdo con los resultados experimentales, se observa una reducción significativa en la tensión interfacial, en mayor medida por la adición del surfactante a la concentración micelar crítica, además, se aprecian cambios en el ángulo de contacto de indican una alteración de la humectabilidad de la roca. Por otra parte, los ensayos de interacción fluido-fluido evidencia que no se presenta ningún signo de incompatibilidad, ni adsorción de surfactante en la prueba de adsorción estática. Finalmente, la prueba dinámica de interacción roca-fluido, muestra que se obtiene mayor incremental de crudo por el desplazamiento en modo terciario, de agua inteligente en comparación con el desplazamiento de agua inteligente con surfactante.
Evaluación de nanopartículas de óxidos metálicos funcionalizadas con óxido de grafeno como aditivos para el control de filtrado en un fluido de perforación base agua
(Universidad Industrial de Santander, 2024-11-07) Cárdenas Acevedo, Nicolás; Mejía Ospino, Enrique; Ariza León, Emiliano; Montes Páez, Erik Giovany; Calvete González, Fernando Enrique
Este trabajo de investigación evalúa el desempeño del óxido de grafeno (OG) y dos nanocompositos de óxidos metálicos (óxido de zinc y magnetita) cuando se emplean en un fluido de perforación tipo drill-in. El OG se sintetizó mediante el método de Hummer modificado. La síntesis del nanocompuesto OG-Fe3O4 consistió en la oxidación parcial de Fe+2. El nanocompuesto OG-ZnO se sintetiza mediante método sol-gel. Se comprobó la obtención exitosa de las estructuras de OG, magnetita y wurtzita mediante los espectros UV-Vis. Empleando DRX se encontró que la distancia interlaminar del OG es de 0.96 nm y para los nanocompositos el tamaño de cristalito fue de 0.25 nm. Mediante XPS, se observó una reducción de los grupos funcionales oxigenados en los nanocompuestos en comparación con el OG prístino. La microscopía SEM permitió visualizar la morfología de velo de seda del OG, así como estructuras de escamas de ZnO y cuboides de magnetita. Se implementó una metodología para diseñar un fluido de perforación drill-in. Se analizó el campo maduro Castilla, marcado por filtrados excesivos y una ventana de lodo estrecha debido al depletamiento. Mediante un screening se seleccionaron los componentes y se evaluaron dos fluidos (lodos A y B) encontrando que el B tuvo propiedades más favorables. Se analizó el impacto de los nanomateriales sobre este último y se observó que el OG aumentó las propiedades reológicas y tixotrópicas, y que redujo notablemente el volumen filtrado, a diferencia de los nanocompuestos. Adicionalmente, el filtrado HPHT se redujo notablemente por el uso del nanomaterial, respaldando la eficacia del óxido de grafeno en mejorar el fluido de perforación y demostrando que la presencia de abundantes grupos oxigenados como hidroxilos, epóxidos, carbonilos y ácidos carobxilicos, jugaron un papel crucial en las propiedades químicas y físicas del OG por su capacidad de interactuar con el fluido de perforación.
Influencia del óxido de grafeno reducido en las propiedades mecánicas del cemento en pozos geotérmicos bajo análisis de dinámica molecular a condiciones HPHT
(Universidad Industrial de Santander, 2024-08-24) Peña Mateus, Jeimy Alejandra; Ariza León, Emiliano; Lopéz Meza, Andrés Camilo; Cruz Hernández, Ricardo Alfredo; Ramírez Caballero, Gustavo Emilio
La cementación de pozos desempeña un papel crítico en la estabilidad y la integridad mecánica de los mismos, asegurando un aislamiento zonal efectivo para prevenir el flujo cruzado no deseado de fluidos y prolongar la vida útil del pozo. Sin embargo, en entornos geotérmicos de alta presión y temperatura (HPHT), el cemento experimenta una degradación de sus propiedades mecánicas, principalmente debido a cambios en la fase hidratada de silicato de calcio (gel C-S-H). Para comprender la relación entre la estructura atómica y las propiedades macroscópicas del material bajo condiciones HPHT, se utilizaron modelos de gel C-S-H construidos a partir de Tobermorita de 14 Å, adaptados para simular la heterogeneidad del cemento. Mediante la dinámica molecular (DM), se sometieron estos modelos a condiciones normales y HPHT, utilizando diferentes campos de fuerza. Los resultados revelaron estabilidad energética y conservación de la estructura molecular del gel C-S-H a lo largo del tiempo, con densidades promedio ajustadas empíricamente en concordancia con datos experimentales. Se observó un aumento en las propiedades elásticas del gel C-S-H bajo condiciones HPHT, indicando una mayor rigidez del material, aunque con una tendencia a la fragilidad en ciertas direcciones, especialmente en el eje z. Por otro lado, la incorporación de láminas de óxido de grafeno reducido (OGr) en el gel C-S-H demostró mejoras en las propiedades mecánicas, convirtiéndolo en un material dúctil ante esfuerzos de compresión y más rígido ante esfuerzos de tensión y cizalla. Estos hallazgos sugieren que los modelos desarrollados podrían ser representativos del comportamiento mecánico del cemento en entornos geotérmicos, lo que tiene implicaciones significativas para el diseño y la mejora de los cementos utilizados en este tipo de aplicaciones.
Evaluación técnica de la inyección cíclica de vapor con gases de combustión en un yacimiento de crudo pesado colombiano
(Universidad Industrial de Santander, 2020) Martínez Vertel, Jaime José; Muñoz Navarro, Samuel Fernando; León Bermúdez, Adán Yovani; Gambús Ordaz, Maika Karen; García Duarte, Hugo Alejandro
Los procesos de inyección cíclica de vapor son altamente atractivos debido a su buena respuesta en crudos pesados; no obstante, a medida que se incrementan los ciclos de aplicación la producción de aceite disminuye, la de agua aumenta y la presión de la formación se depleta. Dentro de las técnicas híbridas que permiten suplir esta problemática, la adición de Flue Gas (gases de combustión) al proceso surge como una alternativa prometedora en los campos del Valle Medio del Magdalena. Este trabajo se dividió en 3 partes principales: un análisis de la estequiometría de las reacciones de combustión que tienen lugar en los generadores de vapor en campo, dilucidando las proporciones y cantidades producidas; un análisis experimental del comportamiento del crudo bajo 3 temperaturas y 4 proporciones de Flue Gas en un crudo pesado colombiano, evaluando el comportamiento de la viscosidad, composición por destilación simulada, gases efluentes y resonancia magnética nuclear 1H; finalmente, la evaluación numérica de la tecnología en un modelo a escala sector, representando los resultados de reducción de viscosidad encontrados en la sección experimental, evaluando el factor de recobro, producción incremental y distribución de la temperatura en la zona de vapor por la adición del agente híbrido. A partir de la consecución de este trabajo, se logró evidenciar que la adición de Flue Gas repercute de forma directa en las reacciones de acuatermólisis que se dan en el crudo, afectando así sus propiedades fisicoquímicas; asimismo, se pudo encontrar que permitió un aumento de alrededor de un 3 % en el factor de recobro, mostrándose como una tecnología prospectiva para su aplicación en campo.
Simulación mediante dinámica molecular de la interacción entre nanomateriales y el principal componente de hidratación del cemento para el mejoramiento de propiedades mecánicas
(Universidad Industrial de Santander, 2024-04-26) Muñoz Arias, Tatiana Milena; González Silva, Germán; Zapata Orduz, Luis Eduardo; Ramírez Caballero, Gustavo Emilio; Mejía Ospino, Enrique; Betancur Márquez, Stefanía
La cementación es una operación crítica en la industria petrolera. Diferentes factores pueden afectar el desempeño mecánico del pozo dadas las condiciones severas de presión, temperatura y exposición en ambientes hostiles a las que se somete el cemento dentro pozo. Sin embargo, para comprender el desempeño mecánico del material a escala macro, se necesita comprender también su comportamiento molecular. El objetivo de este trabajo es evaluar la efectividad de nanopartículas como refuerzo dentro de una estructura de silicato de calcio hidratado o gel C-S-H, principal producto de hidratación del cemento Portland mediante la técnica de dinámica molecular, lo cual permitiría la predicción de propiedades mecánicas, además de una evaluación cuantitativa de los cambios en las principales propiedades elásticas del sistema como módulo de Young, Shear, Bulk, y coeficiente de Poisson de un modelo base con respecto a un modelo influenciado por los sistemas nanoestructurados propuestos en este estudio. La metodología de esta investigación se basa en la construcción y validación del modelo base con tres diferentes tipos de relaciones calcio/ silicio 1.6, 1.7 y 1.8 típicas de un cemento Portland, además de la variación en la relación de agua/silicio de 1.2, 1.4, 1.6, 1.8 y 2.0. Considerando los resultados obtenidos con el gel C-S-H y al incluir la lámina óxido de grafeno, las propiedades elásticas se modificaron de la siguiente manera: La adición de las láminas al gel generó un aumento considerable en todas sus propiedades, el mayor aumento se presentó en el módulo de Voight Bulk con un 40.80% de mayor resistencia, por otra parte, el aumento de menor magnitud se dió en el módulo de Voight Shear con un incremento del 18.26%. La adición del silicio al gel C-S-H también condujo a una mejora de sus propiedades mecánicas, en este caso el mayor incremento se produjo en el módulo de Bulk Reuss correspondiente a un 19,99%. Por otro lado, el menor aumento en el módulo de Shear Reuss con un 0,49%.
Evaluación experimental de la inyección de surfactantes en la formación Mugrosa, mediante el estudio de la adsorción y su impacto en la eficiencia de desplazamiento de crudo
(Universidad Industrial de Santander, 2024-04-26) Mendoza Ramírez, Christian David; Gambús Ordaz, Maika Karen; Mercado Ojeda, Ronald Alfonso; León Bermúdez, Adán Yovani; Carrillo Moreno, Luis Felipe
En Colombia, la Formación Mugrosa es el tercer yacimiento más grande del país en términos de OOIP con un valor de 10.2% con respecto a las reservas probadas y donde no se implementa recobro químico a base de surfactantes, debido a la utilización de métodos convencionales como inyección de agua. Los surfactantes, basados en su propiedad de reducir la tensión interfacial entre el petróleo crudo y el agua, son una aplicación potencial de la recuperación química mejorada de petróleo (CEOR); sin embargo, la alta tasa de retención de surfactantes asociada a la adsorción y a la complejidad mineralógica genera una limitación en la eficiencia de desplazamiento del crudo. Este trabajo de investigación presenta una evaluación experimental de surfactantes para muestras de la Formación Mugrosa, teniendo en cuenta la composición mineralógica y petrofísica de la roca, el estudio de la adsorción estática-dinámica y su eficiencia de desplazamiento de crudo; las muestras de rocas evaluadas están compuestas por un 27% de minerales arcillosos, donde predominan la caolinita y la clorita por su capacidad de intercambio catiónico (CIC) responsables de la adsorción, que afecta la inyección de los surfactantes, producto de los minerales abundantes con alta capacidad de intercambio catiónico como Caolinita (Al2Si2O5(OH)4) y Clorita (Mg2.5Fe1.65Al1.5Si2.2 Al1.8O10(OH)8), que aportan ambientes de cargas negativas asociadas a la naturaleza elemental., entre otros tipos de rocas sedimentarias identificadas durante los análisis experimentales de petrofísica, difracción de rayos X (XRD) y espectrometría electrónica de barrido (SEM). La cantidad de tensioactivos adsorbida en minerales de roca arcillosa se miden mediante espectroscopia ultravioleta-visible (UV-vis) con una adsorción estática promedio de 0.7 g/g de roca, donde existe una máxima capacidad de adsorción del sustrato rocoso debido al contacto directo de los surfactantes a lo largo de toda el área superficial durante un tiempo prolongado de 24 horas en comparación con la adsorción dinámica dada en un valor de 0.26 g/g roca. Sin embargo, en las pruebas de desplazamiento a condiciones de yacimiento a 140°F y con salmuera de 9330 ppm, la inyección del producto de surfactantes identificado como EOR50 en el medio poroso, alcanza una eficiencia de desplazamiento de petróleo del 6% adicional de crudo residual que permanece sin desplazar después de la inyección de agua en las muestras de roca Berea y Formación Mugrosa, demostrando una potencial aplicación de recuperación mejorada en mineralogías complejas como la Formación Mugrosa y a su vez, generando una disminución significativa en el valor de la tensión interfacial en el crudo de 49.61 mN/m a 0.1 mN/m medido a 140 ºF y un mecanismo de desplazamiento para la producción del crudo.
Modelo de saturación de agua evaluado con la aplicación del método de descomposición en valores singulares (SVD). Caso: Formación Mirador, Llanos Orientales, Colombia
(Universidad Industrial de Santander, 2024-05-03) Orozco Cujia, María Claudia; Bejarano Wallens, Aristóbulo; Ariza León, Emiliano; Martínez Rey, Ramiro; Pérez Carrillo, Édgar Ricardo; Calderón Carrillo, Zuly Himelda
La determinación precisa de la saturación de agua es fundamental para estimar los volúmenes de fluidos en los yacimientos y así lograr una mejor caracterización de los hidrocarburos en el yacimiento. Sin embargo, existen muchos métodos disponibles para estimar la saturación de agua en formaciones, aunque estos modelos tienen limitaciones y sus parámetros de entrada a menudo no están disponibles. En consecuencia, esto conduce a saturaciones de fluidos subestimadas o sobrestimadas. Es decir, en Colombia un campo ubicado en los Llanos Orientales con unidad productora la Formación Mirador, presenta información de campo con datos subestimados de Sw y para responder a esa inquietud se esboza el presente proyecto de investigación delimitado por una metodología que es el engranaje del orden lógico de sus respectivos objetivos iniciando con el análisis de los modelos de saturación de agua alternativos mediante la integración informativa de registros y núcleos de pozos, identificando las variables críticas y seleccionando aquellos que sean válidos para el cálculo de Sw. Seguidamente, la comparación de los modelos Sw para una formación compleja con hidrocarburos pesados; posteriormente se modela en términos adaptativos la ecuación representativa resultante, a partir de la formulación en términos matemáticos y técnicos definiendo un modelo propuesto de Sw para la Formación Mirador, finalizando con el análisis de los datos del modelo de Sw propuesto evaluado con el método SVD y en consecuencia como resultado esperado la definición de un modelo de saturación de agua y validado con el método de descomposición en valores singulares (SVD) que permita estimar la fracción de agua e hidrocarburos en la Formación Mirador de los Llanos Orientales.
Modelo analítico de predicción de la producción de petróleo en procesos de inyección cíclica de vapor con pozos horizontales en yacimientos de crudo pesado
(Universidad Industrial de Santander, 2020) Gómez Gualdron, Max Bradley; Rodriguez Castelblanco, Astrid Xiomara; Padilla Reyes, Jorge Mario; Ferrer Gonzalez, Jose Chiquinquira
El presente trabajo de investigación tiene por objetivo principal determinar un modelo analítico para predecir la producción de petróleo en procesos de inyección cíclica de vapor con pozos horizontales en yacimientos de crudo pesado, el cual, para hallarlo se empieza por adoptar un modelo caso base, después se procede a determinar las variables operacionales y de yacimiento que más influyen mediante la herramienta CMOST, ajustándose de manera aceptable a más de 50 modelos numéricos según las curvas proxys y finalmente se modifica el modelo analítico propuesto por Gunadi en 1999. El modelo analítico de Gunadi se compara con el modelo caso base, mostrando alta desviación para la producción de petróleo y agua, sin embargo, dado el análisis en CMOST se determinó que la saturación de agua es una de las variables más influyentes en la producción y mediante un análisis del método que Gunadi uso para determinarla, se halla que el cálculo es poco acertado, modificándolo para el nuevo modelo analítico, después se analiza la caída de presión y se concluye que Gunadi sobre valora la presión que el yacimiento experimenta al inyectarle vapor y producirlo, por lo cual, con ayuda de la producción en frio se agrega un factor de corrección en el cálculo relacionado con la presión del yacimiento cuando se produce líquido, mostrando un mejor ajuste en el cálculo de producción y acumulado de agua y petróleo, concluyendo el presente modelo analítico como válido según el modelo caso base.
Modelo predictivo de la tasa de flujo a partir del análisis prospectivo de las propiedades de la roca y el fluido
(Universidad Industrial de Santander, 2020) Murcia Blanco, Cristian Alejandro; Montes Páez, Erik Giovany; Prada Velasquez, Alvaro
En la industria de los hidrocarburos es de vital importancia conocer y cuantificar la cantidad de fluidos presentes en el yacimiento, su producción y su comportamiento a futuro. Bajo esta necesidad, durante más de un siglo se han buscado y desarrollado soluciones analíticas que permiten estimar el valor de la tasa de producción futura de un campo o un pozo basado en su historia de producción, todo esto con el fin de predecir el momento donde el pozo dejaría de ser rentable, estimar los ingresos que se obtendrán durante la vida productiva del pozo y prever posibles intervenciones de mejora, estas soluciones analíticas se en encuentran fundamentadas en procesos matemáticos o gráficos que no incluyen características del yacimiento o el tipo de fluido, con base en esta necesidad se propone un modelo predictivo fundamentado en la ley de Darcy, que modela el comportamiento del flujo de fluidos en el yacimiento y contempla características de la roca y el fluido, el pronóstico es realizado por medio de una metodología se propone la variación de algunas propiedades y se evalúan con respecto a la depleción del pozo en cuatro pozos de un campo colombiano, los resultados son comparados con los obtenidos por software comerciales como OFM y Decline R.
Evaluación del colapso prematuro de casing en pozos desviados mediante simulación con elementos finitos
(Universidad Industrial de Santander, 2020) Villabona Camacho, Jhoao Alexander; Calderón Carrillo, Zuly Himelda
El casing es un componente esencial en un pozo, es la principal barrera estructural que impide el flujo descontrolado de fluidos del subsuelo a superficie y constituye el canal de producción de petróleo y gas durante la vida operativa del pozo. Una falla de casing tiene implicaciones económicas, un alto impacto ambiental y excesivos tiempos no-productivos (NPT) en operaciones remediales. Estadísticas de pozos convencionales y no-convencionales, en países productores muestran que aproximadamente el 7% de los pozos tienen al menos una forma de falla de integridad (Davies et al., 2014). Para mitigar estos problemas se han establecido ciertas prácticas siguiendo las normas de diseño API, y estrictos programas de operación. Pero a pesar de estas precauciones se ha observado colapsos casing prematuros en pozos desviados. Debido a la recurrencia en el problema se han realizados esfuerzos por establecer técnicas que permitan evaluar la integridad del casing de una forma más acertada, siendo la simulación numérica la más adecuada para evaluar el colapso de casing en pozos desviados (Xi et al., 2018). Por tal motivo en esta investigación se evaluaron numéricamente los efectos que ejercen parámetros como el desgaste y la ovalización en la integridad del casing, con el objeto de determinar el grado de afectación y su injerencia en los colapsos prematuros de casing. Resultados obtenidos muestran que los efectos de deformación en los tubulares durante la corrida en pozo, así como su desgaste por acción mecánica disminuyen la resistencia del material hasta un 30% tempranamente.
Evaluación de los modos de falla breakout y exfoliación en la pared del pozo mediante simulación numérica y pruebas de laboratorio
(Universidad Industrial de Santander, 2018) Palencia Muñoz, Miguel Fernando; Calderón Carrillo, Zuly Himelda
Reducir los tiempos no productivos durante la perforación, relacionados con problemas de estabilidad de pozo es de gran importancia para la industria de los hidrocarburos; por lo que, un buen análisis geomecánico, en el cual se estudien los mecanismos que generan los modos de falla breakouts y exfoliación en la cara del pozo, es esencial para determinar los controles adecuados que ayudaran a mitigar problemas de estabilidad durante la perforación. Por tal razón, este trabajo de investigación busca evaluar las condiciones en que los breakouts y la exfoliación puedan ser originados por otros modos de fallas a los reportados por la literatura. Con este estudio se espera contribuir con una mayor comprensión de los fenómenos físicos que originan las fallas por breakouts y exfoliación en la cara del pozo, e indirectamente un mejor ajuste y calibración en los modelos geomecánicos, que permitan disminuir costos en el control de problemas de inestabilidad durante la perforación y definir una mejor trayectoria a perforar. Por tal motivo se evaluará el comportamiento de las fallas tipo breakout y exfoliación bajo los tres regímenes de esfuerzo, normal, transcurrente e inverso, así como la dirección en la que actúan y las condiciones en las que se generan.
Efecto del flux de aire y las propiedades del medio poroso sobre la cantidad de combustible depositado en un proceso de combustión in situ
(Universidad Industrial de Santander, 2018) Pinzon Diaz, Alberto Raul; Muñoz Navarro, Samuel Fernando; Bottia Ramirez, Hernando
En la presente investigación se estudió el efecto del flux de aire inyectado y las propiedades del medio poroso: presión, porosidad, saturación de aceite, saturación de agua y saturación de gas sobre la cantidad de combustible depositado en un proceso de combustión in situ para un sistema roca-fluido colombiano. Para ello, se realizaron pruebas de laboratorio, usando el reactor tubo de combustión para evaluar el rendimiento del proceso variando las propiedades anteriormente mencionadas; y, además se calculó la cinética de las reacciones involucradas en el proceso a partir de resultados obtenidos de pruebas realizadas en la unidad de oxidación con rampa de temperatura (RTO por sus siglas en inglés). Posteriormente, se realizaron modelos de simulación numérica de yacimientos usando las herramientas computacionales de la compañía CMG, los cuales fueron validados a partir del ajuste histórico de los resultados obtenidos en las pruebas experimentales, para finalmente evaluar un mayor número de escenarios modificando las propiedades en los rangos establecidos para el sistema roca fluido. Los resultados de los escenarios simulados fueron presentados en una tabla que contiene las diferentes combinaciones de propiedades y el respectivo valor de combustible depositado para cada uno de los escenarios. Por otra parte, los resultados obtenidos a nivel experimental demostraron que valores de flux de aire inyectado superiores a 26.3695 m3/(m2*h) favorecieron la depositación de mayor cantidad de combustible, mientras que, el valor de flux de aire inyectado óptimo estuvo entre 20.2276 m3/(m2*h) y 26.3695 m3/(m2*h).
Estudio de un proceso de inyección de polímero mediante pruebas de desplazamiento con tomografía computarizada
(Universidad Industrial de Santander, 2018) Moreno Diaz, Daniel Fernando; Rodriguez Castelblanco, Astrid Xiomara
La presente investigación describe y analiza la inyección de polímero determinando la adsorción dinámica y valores de factor de resistencia y resistencia residual además del comportamiento del mismo en el medio poroso mediante perfiles de densidad y saturación en cada etapa de inyección obtenida mediante tomografía computarizada. Por otra parte la determinación visual mediante imágenes CT de la eficiencia volumétrica del polímero a diferentes concentraciones de inyección fue realizada. Finalmente el incremento en el recobro obtenido por el bache de solución polimérica fue analizado mediante balance de materia y a través de las imágenes de tomografía computarizada. La prueba de desplazamiento con tomografía integrada se desarrolló a una muestra berea a temperatura ambiente. Se efectuaron múltiples escaneos con un espaciado de 5mm durante el proceso de restauración de saturaciones, inyección de agua e inyección de polímero. Se inyectaron cerca de 2.5 volúmenes porosos de agua asegurando así una etapa madura para una posterior inyección de polímero a una concentración de 1000 ppm y 2000 ppm. El primer bache de solución polimérica a una concentración de 1000 ppm alcanzo un recobro incremental del 13% y una disminución en la saturación de aceite del 20% en la zona inicial de la muestra. La tomografía computarizada permitió apreciar un aumento de densidad y una disminución en el perfil de saturación en la zona inicial entre los 2 y 6 cm de longitud; esto se atribuye al efecto marcado del polímero, el cual desplazó el aceite presente por otra parte durante la inyección del segundo bache de polímero a mayor concentración no se observó una producción significativa de aceite, por lo que no se evidenció ningún cambio en la distribución de densidades y saturaciones a lo largo de la muestra.

Examinar

Envíos recientes