Maestría en Ingeniería de Hidrocarburos

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Influencia de la inyección de CO2 sobre la recuperación de metano en yacimientos de roca generadora mediante el estudio del fenómeno de adsorción
(Universidad Industrial de Santander, 2023-11-14) Acevedo Acosta, Valentina; Ortiz Cancino, Olga Patricia; Muñoz Navarro, Samuel Fernando; Cárdenas Montes, José Carlos
En los últimos años, la inyección de CO2 se ha considerado como un método alternativo para recuperar el metano que se encuentra adsorbido en las rocas generadoras y almacenar CO2. Con el fin de evaluar la influencia de la inyección de CO2 sobre la recuperación de metano en yacimientos de roca generadora se realizó un estudio experimental del fenómeno de adsorción. Para ello, se emplearon muestras de roca generadora de la cuenca del Valle Medio del Magdalena en Colombia y se utilizó el método manométrico, que permite medir las isotermas de adsorción de CO2 y metano a ciertas condiciones de temperatura y presión. Se realizó el ajuste de los datos experimentales de adsorción a diferentes modelos disponibles en la literatura, determinando que el modelo que mejor representa el fenómeno de adsorción en las muestras estudiadas es el Modelo de Sips. Mediante los resultado experimentales obtenidos se analiza la influencia de la composición mineralógica, la materia orgánica, la madurez térmica y el tipo de kerógeno en la capacidad de adsorción de CO2 en la roca. Se concluye que el contenido de materia orgánica es uno de los parámetros que más influyen en la capacidad de adsorción de CO2, presentando una correlación positiva moderada, la cual es más significativa a bajas presiones. Además, para determinar la factibilidad del uso de la inyección de CO2 como método de recuperación de metano se calculó el parámetro de selectividad, obteniéndose resultados mayores a 1, lo que demuestra la mayor afinidad de adsorción del CO2 en los nanoporos de la roca.
Efecto de los nanomateriales en la reducción del filtrado de lodo y del hinchamiento de arcillas utilizando simulación de dinámica molecular
(Universidad Industrial de Santander, 2023-11-10) Ávila Parra, Juan Sebastián; Calderón Carrillo, Zuly Himelda; Barrios Hernández, Carlos Jaime; León Bermúdez, Adán Yovani; Ariza León, Emiliano; Ramírez Caballero, Gustavo Emilio
En los últimos años el estudio de los nanomateriales para los fluidos de perforación se ha incrementado exponencialmente a causa de los buenos resultados obtenidos a condiciones ambientales de laboratorio. No obstante, es importante evaluar su comportamiento a condiciones de pozo para definir concentraciones óptimas de los mismos en pro de obtener la máxima eficiencia del fluido al menor costo económico posible. La simulación de dinámica molecular es una herramienta computacional que permite evaluar propiedades de los materiales a partir de un modelo molecular a condiciones de temperatura y presión por medio de la segunda ley de Newton. Este trabajo de investigación parte del análisis de las variables que impactan en el filtrado de lodo y en el hinchamiento para la construcción de celdas moleculares. Posteriormente se realiza simulación de dinámica molecular para calcular propiedades termomecánicas y a partir de ello el análisis del efecto de los nanomateriales en un fluido de perforación base agua bentónico. Finalmente se presentan las conclusiones y sugerencias para el desarrollo de futuras investigaciones.
Evaluación de la colocación de un catalizador liposoluble en un proceso de mejoramiento de crudo pesado a condiciones de inyección de vapor
(Universidad Industrial de Santander, 2023-08-16) Salas Chía, Luis Miguel; León Bermúdez, Adán Yovani; León Naranjo, Paola Andrea; Mercado Ojeda, Ronald Alfonso; García Duarte, Hugo Alejandro
En los últimos años, la industria de los hidrocarburos ha visto que sus reservas de crudo convencional han disminuido y por ende la opción de producción de hidrocarburo de yacimientos de crudos pesados ha aumentado su interés. En el mundo las mayores reservas de este tipo de fluido se encuentran en la región de Sudamérica como lo indica el estudio de Meyer et al. (2007). Si bien, Colombia no se encuentra ajeno a esta realidad debido a que los indicadores de los últimos años presentan que más del 50% de la producción nacional son aportados por crudos pesados a la canasta nacional de energía. La presente investigación se realizó con el objetivo de poder realizar un proceso de inyección de vapor con catalizadores en un crudo pesado colombiano. La investigación permite en una etapa inicial conocer la compatibilidad del sistema crudo-catalizador-agua-agente transportador. Las pruebas realizadas fueron llevadas a cabo bajo diferentes configuraciones de temperatura, dosificación y relación agua crudo. Los resultados presentaron un comportamiento favorable para la colocación del catalizador en procesos estáticos bajo condiciones de inyección de vapor. Esto se ve evidenciado con las reducciones de viscosidad que van desde los 58,25 hasta un 93.15%. Esto se debe a que la adición de la nafta además de generar una dilución al crudo del sistema aportando reducciones cercanas a un 70%, presentó una sinergia con el agente químico liposoluble agregado obteniendo una reducción adicional de casi un 20% por efecto de la actividad catalítica del naftenato de hierro
Evaluación del efecto de un nanofluido modificador de permeabilidad relativa sobre la productividad de pozos con alto corte de agua
(Universidad Industrial de Santander, 2023-08-14) Patiño Pabón, Juan Carlos; Cárdenas Montes, José Carlos; Ortiz Cancino, Olga Patricia; Ariza León, Emiliano; Gambús Ordaz, Maika Karen; Betancur Márquez, Estefanía
Los campos maduros colombianos en su mayoría producen una alta cantidad de agua asociada a la producción de crudo. El tratamiento, almacenamiento y disposición de esta agua incluye costos adicionales. Una alternativa química para reducir este problema son los modificadores de permeabilidad relativa (RPM), los cuales alteran las características de permeabilidad de la roca reservorio y disminuyen el corte de agua durante la producción; sin embargo, su eficacia está limitada por su baja adsorción en la superficie de la roca y la pérdida de efectividad con el tiempo. Desde la nanotecnología se han propuesto materiales (aprovechando su alta relación de área superficial/volumen) con potencial para mejorar su adsorción sobre la superficie de las rocas y mejorar su perdurabilidad en el medio poroso.    Considerando lo anterior desde el ICP se desarrolló un RPM denominado Nanóxido M para mejorar la capacidad de adsorción. La experimentación contempló ensayos de interacción fluido-fluido y roca-fluido a condiciones estáticas y dinámicas, con el fin de evaluar la capacidad de adsorción del Nanóxido M y un RPM comercial, bajo condiciones de yacimiento simuladas, teniendo en cuenta factores particulares de un campo de la cuenca de los llanos orientales (fluidos de formación, mineralogía, propiedades petrofísicas, presión de confinamiento, temperatura y presión de yacimiento). La investigación realizada proporciona información sobre la capacidad de adsorción y la perdurabilidad del Nanóxido M en comparación con un RPM comercial. Destaca el desempeño excepcional del Nanóxido M respecto al RPM comercial bajo condiciones estáticas y dinámicas (coreflooding), el cual presentó una adsorción seis veces mayor en condición estática y dos veces mayor en condición dinámica. Dichos resultados ratifican el Nanóxido M como tecnología técnicamente viable y perdurable para el control de agua en la fuente en los yacimientos de hidrocarburo.
Evaluación técnico-financiera de un proceso de inyección cíclica de surfactantes en crudos pesados mediante simulación numérica
(Universidad Industrial de Santander, 2023-08-07) Ceballos Payares, Juan Diego; Gambús Ordaz, Maika Karen; Muñoz Navarro, Samuel Fernando; Mercado Ojeda, Ronald Alfonso; García Duarte, Hugo Alejandro
Los yacimientos de crudo pesado son explotados, generalmente, por métodos térmicos como la inyección de vapor, sin embargo, una de las mayores limitantes es la gran cantidad de calor que se puede perder durante el proceso. Como alternativa, surge la inyección de surfactantes, donde es posible formar emulsiones de aceite en agua (O/W) con un tamaño de gota menor al tamaño promedio de los poros y, de esta manera, lograr una emulsión de baja viscosidad. Mediante el uso de la simulación numérica se evaluó un proceso de inyección cíclica de surfactantes en crudos pesados. En primer lugar, se representó una prueba de desplazamiento de una inyección álcali-surfactante en un crudo de 1800 cps. Posteriormente, se escaló el comportamiento a un modelo single-well y se realizó un análisis de sensibilidad de los siguientes parámetros operacionales: concentración de álcali y surfactante, tamaño de bache inyectado, tiempo y tasa de inyección, tiempo de remojo, tiempo de producción y duración por ciclo. Por último, se llevó a cabo una evaluación del proyecto y se determinó el escenario de aplicación más adecuado de la técnica. De esta forma, por medio del análisis de 52 escenarios diferentes de simulación, se determinó que el más adecuado para la técnica es inyectar una formulación de 6000 ppm de Na2CO3 + 6000 ppm de NaOH + 300 ppm de SLES, durante ciclos de 6 meses de duración que consisten en 10 días de inyección a una tasa de 2000 bbls/día, 7 días de remojo y 167 días de producción. Este escenario representa un valor presente neto de 282 mil de dólares, una tasa interna de retorno de 54.45 %, una eficiencia de la inversión de 0.36 y un tiempo de recuperación de 0.81 años.
Evaluación de la estabilidad interfacial de asfaltenos durante procesos de recobro mejorado con surfactantes mediante dinámica molecular
(Universidad Industrial de Santander, 2023-05-30) Torres Cortecero, Bayron David; Ariza León, Emiliano; León Bermúdez, Adan Yovani; López Meza, Andrés Camilo; Fajardo Rojas, Jair Fernando; Molina Rojas, Daniel Ricardo
La eficacia de los procesos de recobro mejorado con surfactantes es dependiente de la capacidad de los surfactantes para para reducir la energía de la interfase. No obstante, los asfaltenos como moléculas interfacialmente activas presentes en el crudo afectan la conformación de la película interfacial, aumentado la estabilización de emulsiones. Esto ocurre mediante un proceso sinérgico en el que los surfactantes aumentan la tendencia de los asfaltenos a adsorberse y agregarse. Mediante Dinámica Molecular se caracterizó cualitativamente la actividad interfacial de cuatro moléculas modelo definidas como interfacialmente activa a condiciones ambiente (T= 298.15 [K];P= 1[atm]) y yacimiento (T=313.15 [atm];P=59[atm]). Se encontró que la actividad interfacial y la capacidad para formar interfases estables está directamente relacionada con la polaridad, la interacción con el agua y la formación de puentes de hidrógeno. En presencia de surfactantes utilizados en recobro mejorado como el DBSS y el CTAB se ha observado que la estabilidad de la emulsión es reducida sin modificar los mecanismos de agregación de las moléculas simuladas. Sin embargo, se ha encontrado que las moléculas simuladas reducen las interacciones entre los surfactantes y el decano limitando la solubilidad de los mismos.
Evaluacion tecnico-economica de la implementacion de una espuma preformada para un proceso de inyeccion ciclica de vapor
(Universidad Industrial de Santander, 2019) Villaquiran Vargas, Ana Paula; Muñoz Navarro, Samuel Fernando; Castro García, Rubén Hernán
Durante un proceso de inyección cíclica de vapor, el fluido inyectado puede tener un barrido vertical deficiente atribuido a los altos contrastes de permeabilidad del medio poroso. Para mejorar la distribución del vapor en el yacimiento, se pueden inyectar espumas preformadas antes del ciclo de vapor para bloquear las trayectorias que ejercen menor resistencia al flujo y así mejorar el perfil de inyección e incrementar la producción de crudo. Los variables más importantes para determinar la reducción de movilidad de la fase gaseosa en el yacimiento asociada a la inyección de espuma son la estabilidad y viscosidad aparente, las cuales fueron cuantificadas experimentalmente variando la concentración y tipo de surfactante, para luego seleccionar la formulación espumante de mejor desempeño. A través del software STARS de la compañía CMG (Computer Modelling Group) se evaluó numéricamente la tecnología de recuperación cíclica de vapor con espumas, realizando un análisis de sensibilidad a la tasa y tiempo de inyección. Mediante simulación numérica se determinó que la espuma redujo un 22% la permeabilidad relativa al gas y que la duración del periodo de inyección de espumas de 8 días obtuvo los mejores resultados de producción incremental, con una relación de petróleo producido/espuma inyectada en el primer ciclo de 68,7 . Finalmente, se evaluó económicamente la tecnología estudiada al variar diferentes estrategias representadas en tres tasas de inyección, y considerándose el costo de inversión de la cantidad de surfactante requerido, y el equipo AUTOGEN para generar las espumas preformadas; teniendo en cuenta la evaluación experimental, simulación numérica y evaluación económica, se concluyó que la implementación de la tecnología fue es considerada viable técnico-económicamente.
Modelo matematico para la inhibicion de escamas de sulfato de bario aplicado a un campo colombiano
(Universidad Industrial de Santander, 2019) Estupiñan Lopez, Carlos Eduardo; Carrillo Moreno, Luis Felipe; Prada Velasquez, Alvaro
En el proceso de extracción del petróleo, los compuestos minerales o cristales provenientes del agua de producción, que se pueden precipitar en los poros de las vecindades del pozo y/o en las tuberías, por efecto de los cambios termodinámicos se conocen como escamas inorgánicas. Entre los distintos tipos de escamas, el sulfato de bario es uno de los más comunes y al mismo tiempo, de los más difíciles de remover debido a que, una vez se unen los iones sulfato y bario, el compuesto resultante se precipita de inmediato y resulta ser altamente insoluble. Este problema le cuesta a la industria petrolera Billones de dólares al año, por lo cual en los campos donde se tiene este problema se hace necesario el uso de agentes inhibidores que mitiguen la subsecuente depositación de la escama de sulfato de bario. Cuando se lleva a cabo un tratamiento de inhibición, se espera que el inhibidor inyectado en el yacimiento pueda prevenir la formación de las escamas durante el tiempo de permanencia de una concentración mínima del inhibidor en el medio poroso, pero tales tratamientos deben ser repetidos periódicamente, lo cual incrementa los costos de producción o lifting cost en estos campos. El propósito de este trabajo es ajustar un modelo matemático de interacción de los inhibidores con el medio poroso en el campo Colombiano Y, el cual cuenta con alta presencia de escamas de sulfato de bario, así como también analizar las variables y parámetros críticos para el diseño de un tratamiento de inhibición.
Efecto del uso de catalizadores sobre la recuperacion mejorada de crudos pesados en procesos de inyeccion de vapor
(Universidad Industrial de Santander, 2019) Leon Naranjo, Paola Andrea; Muñoz Navarro, Samuel Fernando; León Bermúdez, Adan Yovani; Bottia Ramírez, Hernando
El Recobro mejorado de hidrocarburos mediante inyección de vapor en sus diferentes modalidades de inyección fue considerado un proceso que solo generaba mecanismos de recuperación físicos, sin embargo, existe evidencia de la ocurrencia de una serie de reacciones llamadas acuatermólisis. Estas reacciones pueden ser favorecidas mediante la adición de un catalizador durante la inyección de vapor y de esta manera generar el mejoramiento del crudo original a través de la producción de moléculas de menor peso molecular. Lo anterior podría tener un efecto adicional sobre el factor de recobro de petróleo y los costos en las etapas de transporte y refinación. Por lo tanto, esta investigación se ha centrado en la evaluación experimental de los efectos de la acuatermólisis catalítica en un crudo pesado colombiano de 12.8 ° API, analizando los cambios en el comportamiento reológico, densidad, destilación simulada y estructura química a partir de parámetros moleculares promedio (AMP) obtenidos por resonancia magnética nuclear 1H-RMN. Para lo anterior, se analizó la influencia del catalizador, el tiempo y la temperatura de reacción en un microrreactor tipo batch. Además, con el objetivo de evaluar el efecto de esta tecnología sobre el factor de recuperación de petróleo a nivel de yacimiento se desarrollaron modelos numéricos de inyección cíclica y continua de vapor. Para realizar la evaluación numérica del proceso, se definió el modelo de fluidos mediante el agrupamiento de cinco pseudocomponentes y con ellos se establecieron reacciones químicas que permitieron modelar el mejoramiento in situ del hidrocarburo. Los resultados experimentales mostraron que los catalizadores aumentan la gravedad API y disminuyen la viscosidad en 10° y 80%, respectivamente. Estos cambios se asociaron a las modificaciones de la estructura química debido a la ruptura de las cadenas alquílicas y la conversión de la fracción 300°C + de hasta el 8%. Finalmente, los resultados obtenidos mediante simulación numérica mostraron que una reducción de las energías de activación del 25% podría aumentar el factor de recuperación de aceite en un 8%, en comparación con el proceso convencional. *
Diseño, construccion y modelado de un sistema escalado de cavitacion hidrodinamica, para el proceso de reduccion de viscosidad en crudos pesados
(Universidad Industrial de Santander, 2019) Galvis Silva, Henry Mauricio; Buendía Lombana, Hernando
La creciente y constante demanda de energía y derivados del petróleo han venido aumentando paulatinamente durante las últimas décadas, y se prevé que esta tendencia se mantenga. Sin embargo, las reservas de hidrocarburos convencionales continúan disminuyendo, y de los recursos hidrocarburíferos actuales en Colombia, aproximadamente un 70% son crudos pesados. Debido a las propiedades físicas y químicas de estos hidrocarburos pesados, el transporte a través de oleoductos es una tarea compleja. Por lo cual, se hace necesaria la aplicación de métodos costo-efectivos, entre ellos: la dilución, precalentamiento, creación de emulsiones para el transporte, core anular flow y upgrading. La cavitación hidrodinámica, se presenta como una alternativa para la reducción de viscosidad de estos crudos, con mejores resultados y a menores costos que los métodos convencionales. Durante los últimos años ERVS S.A.S ha trabajado en la optimización de su patente de diseño, construyendo mejores prototipos que generen el fenómeno de cavitación hidrodinámica. Como resultado se desarrollaron su primer equipo a escala de campo (HCR-200) en el 2016, ubicado en el Parque Tecnológico Guatiguará. En el presente trabajo, se despliegan las etapas de diseño y construcción de un prototipo a escala de la unidad HCR-200, el cual permitirá la reducción en los volúmenes de fluidos de trabajo requeridos por prueba; (hasta máximo ocho galones) disminuyendo a su vez los costos de investigación. Para validar tanto su funcionamiento, como la ocurrencia del fenómeno de cavitación hidrodinámica, se realizaron las respectivas pruebas de validación con diferentes crudos pesados colombianos. Finalmente, se realizó un análisis estadístico para encontrar la diferencia significativa entre la dilución convencional y esta novedosa técnica. Adicionalmente, se construyó un modelo de simulación en una dimensión, con el fin de entender la influencia del fenómeno de cavitación hidrodinámica en la reducción de viscosidad y el comportamiento final del fluido.
Evaluación del comportamiento de la desorción usando estimulación térmica para el incremento de productividad temprana de yacimientos de shale gas
(Universidad Industrial de Santander, 2019) Robles Albarracín, Emmanuel; Cárdenas Montes, José Carlos; González Silva, Germán
El presente estudio tiene como objetivo realizar una evaluación del fenómeno de desorción presente en un yacimiento no convencional tipo Shale Gas, a partir de una revisión de modelos que permitan representar el fenómeno de adsorción / desorción, que hayan sido planteados en términos de presión y temperatura. Esto con la finalidad de implementar cambios de temperatura para incrementar la producción temprana de este tipo de yacimientos no convencionales. Luego, se realizó una evaluación y selección de dichos modelos de adsorción / desorción respecto a los datos de formaciones shale de Colombia encontrados en literatura. Dicha evaluación se llevó a cabo utilizando MATHWORKS MATLAB para realizar el ajuste de modelos por regresión, para determinar coeficientes de correlación y, de esa manera, elegir el más adecuado para el estudio. De esta manera, conocido el comportamiento del fenómeno de desorción, se implementaron modelos de simulación numérica para representar este tipo de yacimientos no convencionales tipo Shale Gas, en los cuales se evaluó el impacto de la temperatura en la producción temprana que presenta un yacimiento no convencional tipo Shale Gas, en donde también se observó que la temperatura incide en las propiedades de flujo del gas, y cuyos resultados exhibieron un aumento de hasta un 35% de producción acumulada adicional en tiempos tempranos de producción. Se concluyó que el aumento de temperatura en un yacimiento no convencional tipo hale Gas que presenta el fenómeno de adsorción impacta positivamente la producción de gas debido a la liberación del gas adsorbido, contribuyendo al volumen presente en la roca, logrando así un sostenimiento de la presión del yacimiento.
Evaluación de inhibición de asfaltenos con nanopartículas de magnetita funcionalizadas con oxido de grafeno en un crudo colombiano
(Universidad Industrial de Santander, 2022-09-21) Corredor Marín, Ángel Fabián; Ariza León, Emiliano; Mejía Ospino, Enrique; Rojas Plata, Jorge Alberto; Carrillo Moreno, Luis Felipe; Cabanzo Hernández, Rafael
A pesar de la aplicación de nuevas fuentes de recursos energéticos tales como: energía nuclear, energía solar entre otras; se ha notado significativamente en años recientes que esté aporte no es suficientemente para suplir las demandas energéticas actuales en el mundo; de hecho, la energía renovable va a tener un rol complementario en las próximas 2 décadas. (Hosein Rezvania., et al 2018). Por tanto, suplir el volumen energético será el principal desafío para la industria de los hidrocarburos en los próximos años. Sin embargo, los métodos de producción, recobro primario y secundario de crudo han sido débiles en los recientes años. La desestabilización y precipitación de asfaltenos en campos maduros es una problemática recurrente, que se ha tratado con métodos convencionales de remoción y/o inhibición de asfaltenos, éstos suelen ser muy costosos, tienen efectos temporales, pueden provocar modificaciones de los fluidos sin garantizar que no se presente una nueva depositación de los asfaltenos. Además, requieren equipos complejos, muchas veces costosos y en diversas ocasiones no protegen la formación productora, pudiendo ocasionar daños de formación aún más severos y difíciles de remediar. Con base en esta problemática, en esta investigación se evalúan nanopartículas de Fe3O4 funcionalizadas con nanopartículas de GO (óxido de grafeno), con el objetivo de implementarlas como agente de estabilización de asfaltenos en campos petroleros. Las nanopartículas metálicas de magnetita tienden a ser inestables magnéticamente, se aglomeran y luego pueden depositarse, impidiendo que las mismas puedan ser aplicadas a la formación petrolífera de manera homogénea, se va utiliza el óxido de grafeno como un agente estabilizador de las nanopartículas de Fe3O4, les puede conferir estabilidad a las mismas que les permita mantenerse en suspensión mitigando el efecto de aglomeración y posterior precipitación. Se encontró que el nanofluido desarrollado y estabilizado, generó estabilización en la precipitación de asfaltenos al crudo evaluado, además cambió la humectabilidad de la roca dejándola al agua lo que favorece el mejoramiento del factor de recobro.
Análisis fluidodinámico del efecto de una modificación en el ángulo de boquillas para una broca de perforación sobre su velocidad de penetración
(Universidad Industrial de Santander, 2022-09-14) Jiménez de la Ossa, Kelly Jhoanna; Carreño Velasco, Wilson Raúl; Chaves Guerrero, Arlex; Saavedra Trujillo, Néstor Fernando; Fuentes Díaz, David Alfredo
Los costos operacionales asociados a la extracción de petróleo han tenido un aumento significativo durante los últimos 10 años. Sumado a lo anterior, se ha evidenciado una fluctuación en los precios de venta del crudo que ha representado un reto para las compañías al tener que buscar estrategias para mejorar el desempeño de todos los procesos involucrados en la explotación de hidrocarburos. Las investigaciones en materia de este campo tienen como principal objetivo reducir los tiempos de trabajo. Para esto, es necesario optimizar distintos parámetros de la operación de perforación como lo son el comportamiento del lodo, la integridad del pozo y el comportamiento de la broca para mejorar las tasas de penetración (ROP). El desempeño de la broca es un factor clave en la mejora de la perforación y la reducción de los costos asociados. A través de modificaciones en el cuerpo, los cortadores o las boquillas con relación a las brocas convencionales, pueden alcanzarse comportamientos que bien podrían ser provechosos desde el punto de vista técnico y financiero. El presente estudio se centra entonces en analizar el efecto de la modificación del ángulo de las boquillas de una broca PDC a través de la simulación del comportamiento del lodo utilizando dinámica de fluidos computacional. Los resultados arrojan que modificaciones de 90° en el ángulo de las boquillas logran reducir las presiones de salida de la broca al punto que se generan diferenciales de hasta 1200 psi entre la formación y la salida de las boquillas, permitiendo un estado de bajo balance entre la broca y las paredes del pozo que contribuye al aumento de las ROP mediante la disminución en las restricciones que el lodo aporta al paso de la broca.
Modelado numérico de la inyección de peróxido de hidrógeno como agente oxidante en un proceso de Combustión In-Situ
(Universidad Industrial de Santander, 2022-07-30) Castro Parra, Néstor Javier; Muñoz Navarro, Samuel Fernando; León Bermúdez, Adán Yovani; Pinzón Díaz, Alberto Raúl; Pabón Acevedo, Yohan Harley; Gambús Ordaz, Maika Karen; García Duarte, Hugo Alejandro
En la presente investigación se estudió la inyección de una solución acuosa de peróxido de hidrógeno como agente oxidante en un proceso de Combustión In-Situ, para comprender los fenómenos que involucra y sus principales diferencias con respecto al proceso convencional de inyección de aire, mediante la simulación numérica de las mismas en dos escalas: Laboratorio, mediante pruebas RTO, y en los alrededores de un pozo inyector durante la etapa de ignición. El modelo numérico a escala de laboratorio fue desarrollado en MATLAB®®, partiendo de balances de materia y energía, y permitiendo: ajustar parámetros cinéticos estimados para representar la oxidación del crudo pesado, y comparar el comportamiento en pruebas RTO al inyectar aire y peróxido de hidrógeno. Durante la inyección de este último se observó una mayor liberación de energía provista, en parte, por la descomposición de dicho reactivo, y mayor velocidad en el desarrollo de las reacciones de oxidación del crudo pesado en estudio. Asimismo, la simulación conceptual de la ignición se realizó en un simulador comercial y como continuidad a una investigación previa, enfocada en el estudio de esta etapa clave mediante inyección de aire, apreciando que la inyección de peróxido de hidrógeno favorece las condiciones de ocurrencia de ésta a través de una mejora la distribución de la temperatura en el yacimiento, una mayor presión parcial del oxígeno y un incremento de la energía liberada en el yacimiento. Los resultados obtenidos demostraron que la inyección de peróxido de hidrógeno es una alternativa técnicamente más eficiente que la inyección convencional, considerando la energía adicional liberada en el proceso de descomposición del fluido inyectado y la disminución de la segregación gravitacional, proporcionando información sobre dicho proceso de inyección.
Diseño de una celda triaxial verdadera para realizar pruebas de Wellbore Strengthening en laboratorio con aplicación a la estabilidad de pozos durante la perforación
(Universidad Industrial de Santander, 2022-09-09) Castro Hernández, Henry Fernando; Ariza León, Emiliano; Rojas Plata, Jorge Alberto; Saavedra Trujillo, Néstor Fernando; Osorio Gallego, José Gildardo; Carvajal Jiménez, Jenny Mabel
Las técnicas de Wellbore Strengthening juegan un papel fundamental en el proceso de prevención y mitigación de pérdidas de circulación durante la perforación de pozos. Por ello, una de las herramientas a utilizar es la evaluación de fluidos en laboratorio antes de ser utilizados en campo. Las celdas triaxiales son equipos diseñados para realizar pruebas de WBS en laboratorio. A partir de este tipo de pruebas surgen resultados y configuraciones de lodos el cual ayudarán al objetivo de perforar con éxito un tipo de formación con determinadas condiciones. El trabajo de investigación se divide en 3 fases principales, cada una surgiendo como respuesta a necesidades previamente analizadas. Dicho esto; con el objetivo de realizar pruebas de WBS en laboratorio, se llevó a cabo la fabricación de un núcleo sintético y experimentos de inyección utilizando un Core Holder Full diámetro. Se diseñó y modificó un Core Holder Convencional de menor tamaño a partir de la fabricación de 2 Cabezotes con especificaciones que permitan según los análisis de resultados del primer experimento poder fracturar la muestra durante la inyección de fluidos. Se desarrolló el diseño una Celda Triaxial Verdadera para realizar pruebas de WBS como respuesta a las necesidades de los anteriores experimentos, esta vez sobre muestras cúbicas de formación de 6 in. Con el objetivo de verificar la resistencia estructural de la Celda Triaxial diseñada respecto a los parámetros a utilizar en laboratorio, se llevó a cabo simulaciones de Análisis estático basado en elementos finitos a partir del software comercial de SolidWorks. Con base en el dimensionamiento, los materiales y piezas seleccionadas se construyeron planos para una futura fabricación de la Celda diseñada.
Desarrollo de una herramienta computacional con modelos termodinámicos analítico experimentales de mezcla de aguas, para el gerenciamiento de la precipitación de los minerales inorgánicos FeS, FeS2, Fe2O3, FeCO3, SrSO4, BaSO4, CaCO3 y SiO2, en pozos que producen de dos formaciones
(Universidad Industrial de Santander, 2022-06-24) Arias Gómez, Carlos Alfonso; Cabarcas Simancas, Manuel Enrique; Durán Serrano, Javier; Prieto Jiménez, Natalia; León Bermúdez, Adán Yovani
En el presente trabajo de investigación se construyó una herramienta computacional para la estimación, balance y proposición de análisis fisicoquímicos representativos para cada formación productora, utilizados en el modelamiento de la estabilidad de la mezcla de aguas, con el software comercial de preferencia del usuario y el ajuste de criterios de precipitación de minerales analizados, teniendo en cuenta los eventos históricos reportados de precipitación de minerales inorgánicos. La herramienta computacional crea las curvas de precipitación de cada mineral analizado, que permiten identificar de forma directa los rangos de mezclas en los cuales se pueden desarrollar conjuntamente las dos formaciones productoras sin problemas críticos de precipitación de minerales inorgánicos en los pozos, resultados requeridos para la toma de decisiones de gerenciamiento de la precipitación de los minerales inorgánicos analizados en este tipo de pozos. En la investigación se destaca el modelo estadístico de comparación de propiedades fisicoquímicas propuesto para la caracterización de cada agua de formación, la libertad de uso de herramientas comerciales de confianza para los modelamientos de estabilidad de aguas, la incorporación de una comparación entre los eventos históricos de precipitación de minerales inorgánicos y los índices de tendencia incrustante para la obtención de criterios de precipitación propios del campo objeto de estudio. Finalmente, se destaca la utilidad de los resultados que se pueden obtener mediante la aplicación de la herramienta en un caso real colombiano para proponer escenarios de prevención de mezclas con problemas de precipitación desde el fondo hasta superficie de los pozos productores.
Evaluación experimental del efecto de la inyección de CO2 como método de recuperación de gas sobre la saturación de la fase hidrato en un medio poroso utilizando tomografía de rayos X
(Universidad Industrial de Santander, 2021) Torres Doria, Luis Alejandro; Carrillo Moreno, Luis Felipe; Santos Santos, Nicolás; Ortiz Meneses, Andrés Felipe; Muñoz Navarro, Samuel Fernando; Cárdenas Montes, José Carlos
Los hidratos son estructuras cristalinas en las que el agua se solidifica a altas presiones y bajas temperaturas formando jaulas que atrapan moléculas pequeñas de gas. Para producir dicho gas, básicamente hay que sacar al hidrato de sus condiciones termodinámicas de estabilidad, sin embargo, se ha descubierto recientemente un método en el que a través de inyección de CO2 ocurre un intercambio molecular en el que, además de liberarse el gas entrampado, se evidencia el secuestro de éste agente contaminante. El presente estudio analizó los cambios que se ven en los volúmenes de hidratos después de un proceso de inyección de CO2 utilizando la técnica no destructiva de Tomografía Computarizada de Rayos X. Los resultados, comparados con ecuaciones termodinámicas, arrojaron que en este proceso se vio un aumento de los valores de saturación en 1.3% debido a reformación de hidratos producto del gas liberado y el agua libre. En general, se evidenció una liberación máxima de metano de 5.3% que luego, por la regeneración, se disminuyó hasta llegar a un valor de -0.2%, es decir, una captura adicional de metano. En cuanto al recobro final, sin embargo, se obtuvieron incrementales entre el 1.65% y el 2.26%, evidenciando la eficiencia del método en los valores de producción.
Modelo matemático para la determinación de impactos energéticos en el sistema de bombeo por cavidades progresivas
(Universidad Industrial de Santander, 2021) Murcia Blanco, Paula Katerine; Durán Serrano, Javier; Guerrero Martín, Camilo Andrés; Montes Páez, Erik Giovany; Calvete González, Fernando Enrique; Chaves Guerrero, Árlex
En los pozos de petróleo cuando el diferencial de presión no es suficiente para que los fluidos del yacimiento se muevan naturalmente, se requiere suministrar energía adicional al fluido para llevar los mismos a superficie con la energía óptima al separador mediante un sistema de levantamiento artificial (SLA). Al momento de la selección y diseño del sistema de bombeo por cavidades progresivas se tienen en cuenta aspectos operacionales, financieros y del fluido, pero no el componente energético. En este trabajo se propone un modelo matemático basado en el diseño del sistema de bombeo por cavidades progresivas (PCP) para la determinación de impactos energéticos partiendo de un análisis de sensibilidad mediante el coeficiente de correlación, acerca de variables operativas de un pozo incidentes en el ámbito energético del sistema, siendo para este caso de estudio la velocidad, la variable más relevante. El modelo determina la potencia requerida por el sistema en la implementación de tres tipos de bombas en 5 pozos detallando su consumo energético validándolo con datos reales de un sector de un campo colombiano, incorporando cálculos de eficiencia energética. Además, se plantean oportunidades de mejora mediante la planificación energética basada en la norma ISO 50001. Se obtiene como resultado un rango de porcentajes de error de 2,72% y 15,29% en los cinco pozos estudiados en cada caso estudio del modelo con los datos reales. Los porcentajes de eficiencia energética para cada pozo varían entre 0,36% y 6,4%. Además, se evidencia un ahorro de consumo energético entre 382,4 kWh-año y 5207,4 kWh-año con la selección de la bomba más eficiente energéticamente.
Evaluación de la eficiencia energética de un proceso de inyección continua de vapor con flue gas en un yacimiento estratificado
(Universidad Industrial de Santander, 2021) Ariza Quiroga, Caterine; Sandoval Martínez, María Isabel; Orozco Agamez, Juan Carlos; Muñoz Navarro, Samuel Fernando; Gambús Ordaz, Maika Karen; Pérez Romero, Romel Antonio
El recobro térmico por inyección continua de vapor permite alcanzar factores de recobro superiores al 50%. Sin embargo, este porcentaje de recuperación está asociado con un alto requerimiento energético y de emisiones de gases de efecto invernadero, especialmente en yacimientos estratificados con altas pérdidas de energía a formaciones no productoras, por lo que es necesario proponer esquemas de aplicación costo-energéticos que permitan mitigar los impactos ambientales y la demanda de gas natural para la generación de vapor. Por tanto, en esta investigación se planteó la co-inyección y la inyección alternada vapor-flue gas en un yacimiento de arenas múltiples con intercalaciones de lutitas y propiedades roca-fluido de un campo del Magdalena Medio. Se estudió la interacción termodinámica entre los componentes y la contribución del principal mecanismo de intercambio de masa entre el flue gas y el crudo en la reducción de viscosidad y la producción del hidrocarburo. Se encontró que el mejor esquema de aplicación corresponde a la inyección alternada vapor-flue gas con co-inyección, en donde los tiempos de cada etapa y la cantidad de flue gas inyectado son una función del costo operativo de inyección de los gases no condensables. El protocolo propuesto permite ampliar el tiempo de aplicación del proceso de recobro mejorado al presentar un crecimiento más lento del SOR respecto a la inyección de vapor convencional, además se reducen hasta en un 27.7% las emisiones de CO2 y se alcanzan Índices Costo Energético (ECI) mayores que la inyección solo vapor, lo que indica procesos de aplicación con mayor viabilidad financiera y energética.
Estudio reológico de suspensiones de óxidos en soluciones salinas de poliacrilamida parcialmente hidrolizada, utilizadas como fluidos de desplazamiento en recobro mejorado
(Universidad Industrial de Santander, 2021) Prada Sánchez, Tulio Andrés; León Bermúdez, Adán Yovani; Torres Sáez, Rodrigo Gonzalo; Muñoz Navarro, Samuel Fernando; Mejía Ospino, Enrique; Montes Páez, Erik Giovany
Se realizó el estudio del efeto de las nanopartículas de óxidos sobre el comportamiento reológico de soluciones de poliacrilamida parcialmente hidrolizadas, considerando un ambiente salino cuya composición tenía tanto iones monovalentes y divalentes. La primera parte consistió en determinar las regiones de estabilidad de la solución de polímero y el efecto de los iones en solución sobre la viscosidad de la solución polimérica. Con estos resultados se estableció una solución de referencia acorde a la composición del agua de un campo colombiano para realizar el estudio con las nanopartículas. Los resultados indican que las soluciones de polímero son estables en ciertos rangos de composición de calcio y sodio, y dependen también de la forma de preparación de la solución. Cuando las sales ingresan a la solución de polímero, la solución es más estable que cuando se prepara la solución con las sales previamente adicionadas. Los resultados del estudio reológico indican que las nanopartículas mejoran el comportamiento pseudoplástico, mejorando el índice de comportamiento de flujo a concentraciones bajas de nanopartículas de óxido de aluminio y de silice. En el caso del óxido de titanio, los resultados muestran que no hay capacidad de suspensión ni mejormiento de las propiedades reológicas. La viscoelasticidad de las soluciones de polímero se ve mejorada con la suspensión de nanoparticulas de óxido de aluminio y de silicio, lo que se puede ver por el aumento de los valores de los módulos de almacenamiento.

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