Combustión in situ: un estudio de reactores para representarla

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Authors
Fajardo Rojas, Jair Fernando
Ruíz Cañas, María Carolina
Muñoz Navarro, Samuel Fernando
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Universidad Industrial de Santander
Abstract
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El estudio que aquí se presenta es el primer paso en la búsqueda del conocimiento sobre la técnica de combustión ín situ para su utilización industrial confiable. Dentro la recuperación de crudos pesados, se encuentra una técnica que en la actualidad tiene poca aplicación comercial, en general por desconocimiento de los fenómenos químicos que en yacimiento tienen lugar, es necesario entonces, trabajar en estos aspectos, en busca de la solución al inminente problema en la reducción del nivel de reservas explotables de crudo alrededor del mundo. La complejidad en el estudio químico que la técnica requiere, ha dificultado su aplicación industrial, además de que el desconocimiento de aspectos como la cinética o el comportamiento del crudo durante la aplicación de la técnica no dan el nivel de confiabilidad suficiente para invertir, y desarrollar proyectos de recobro con esta técnica. En este artículo se seleccionó el  reactor fujo pistón o PFR  (Plug Flow Reactor) que entre diferentes  reactores presente las mayores ventajas para representar el fenómeno de combustión ínsita, dadas sus características de operación a escala de laboratorio además del desarrollo matemático general sobre el mismo, con el fin de establecer condiciones de operación apropiadas. Con el estudio de la técnica a escala de laboratorio y  un enfoque químico, se puede identificar la influencia de los fenómenos de transporte de masa y energía además de cómo se desarrollan las reacciones que tienen lugar, aplicado esto facilita el entendimiento de la técnica y el escalamiento de la misma. Se lograron expresiones matemáticas en función de las ecuaciones de diseño, balances de masa, de energía y la aplicación de relaciones de aplicación en el entorno petrolero, como la ley de Darcy,  un esquema de ecuaciones que determinen condiciones apropiadas de operación para el reactor, partiendo de una cinética de reacción simple de primer orden. Si bien es cierto que el desarrollo matemático con base en esa cinética no describe el comportamiento del sistema real, este es una aproximación para llegar a la descripción del sistema real.      
This work in here presented is the first step in the seeking of the knowledge about in-situ combustion technique for its reliable industrial use. In the heavy oil recovery there is a technique that currently has a small commercial application because there is ignorance in the chemical phenomena that occurs in the reservoir. Then, to work in these aspects is a necessity to find a solution for the oil exploitable reserves decreasing problem around the world. The chemical study that the technique needs is the big stopping to technique’s high scale application because some important concepts like the kinetic or the oil behaviors in the technique development, are actually ignored and it has a huge impact in the reliable of the project and in the inversion’s safety. This paper presents the selection among a large number of reactors one with the best operational and physical characteristics to represent an in-situ combustion model and the development of its mathematical mode in order to establish appropriate work conditions in the reactor. This is the plug fow reactor, PFR. With a work in a laboratory scale and whit the attention put it on the chemistry of the technique, is possible to find the influence of the mass and energy transport phenomena and to know which is the kinetic reaction behavior. If all these concepts are apelied, it can be more easy the understanding and the scaling of the process is defined the technique understanding and the scale up process. In this work a set of mathematic equations that determines the best conditions to the reactor’s operation, using design equation, mass balance, energy balance and mathematics relations used in the petroleum industry like Darcy’s Law. This set of mathematic equation is a function of the basic first order reaction so it can’t describe the real behavior of the system, but it is an approximation to the real representation.  
Keywords
Heavy Oil, In-situ Combustion, Chemical Reaction, Reservoirs, Reactor, Design Equation, Crudo pesado, Combustión in-situ, Reacciones Químicas, Reactor, Ecuaciones de Diseño.
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