Comparison of alternate technologies to improve cyclic steam stimulation through numerical simulation Comparación de alternativas para mejora de la inyección cíclica de vapor mediante simulación numérica

No Thumbnail Available
Date
Authors
Pérez, Romel
Sandoval, Jorge
Barbosa, Carolina
Delgadillo, Claudia Lorena
Trujillo, Marta
Osma, Laura
Botett, Jesús
García, Luis
Rodríguez, Héctor
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Universidad Industrial de Santander
Abstract
Description
La inyección cíclica de vapor (CSS, por sus siglas en inglés) es un método de recobro mejorado (EOR) térmico de los más aplicados a nivel mundial; sin embargo, presenta desafíos relacionados con la eficiencia energética del proceso y costos asociados a su operación. En el caso de Colombia, la CSS se viene aplicando en diferentes campos de crudo pesado desde hace muchos años, encontrándose en algunos casos la necesidad de implementar y combinar tecnologías para extender el límite técnico económico de dicho proceso de recobro mejorado. En ese sentido, este trabajo se fundamenta en analizar diversas alternativas que permitan mejorar la eficiencia energética y la recuperación de petróleo de forma rentable. Para llevar a cabo el análisis, se construyó un modelo de simulación numérica semi-conceptual, representativo de un campo colombiano de crudo pesado, en el cual se realizó la simulación de escenarios de producción en frío, inyección cíclica de vapor, calentamiento en fondo de pozo y la combinación del vapor con diferentes sustancias (métodos híbridos de inyección de vapor); estos resultados, evaluados bajo condiciones similares en todos los casos, permiten establecer el potencial de las tecnologías y enfocar de esta forma los esfuerzos investigativos en aquellas que se consideren más promisorias. Adicionalmente, se realizó un estudio preliminar de visualización de tecnologías de generación de vapor a través de energía solar y algunas aplicaciones en campo relevantes, debido a los desafíos de disponibilidad de combustible y altos costos asociados a la generación de vapor convencional, esto alineado con los planes de Ecopetrol del uso de tecnologías limpias. Para el caso particular de las tecnologías de calentamiento de fondo de pozo en sus diferentes modalidades (calentamiento electro-resistivo, electro-inductivo o recirculación de vapor), se evaluó el comportamiento en el modelo a través de un pozo calentador (heater well), lo que permitió definir después de varias sensibilidades que este tipo de tecnologías resultan de mayor beneficio e impacto en pozos nuevos, es decir, previo a procesos de inyección cíclica de vapor.Por otra parte, las tecnologías híbridas de inyección cíclica de vapor evaluadas, corresponden a la adición de espumas, solventes, gases de combustión (flue gas) y nano partículas; todos con características particulares tanto en interacción con el vapor y el yacimiento, como en la forma específica de ser representados en el modelo de simulación. Para realizar la comparación se estableció el mismo ciclo de aplicación para todas las tecnologías; sin embargo, los resultados demuestran que la eficiencia de su desempeño depende fuertemente de las condiciones del yacimiento al momento de su aplicación. De acuerdo a los resultados obtenidos de la simulación numérica, en todos los casos se obtienen incrementos en la producción de petróleo con valores particulares para cada una de las tecnologías evaluadas. Se recomienda continuar con estudios detallados tanto a nivel experimental como de ingeniería de yacimientos que permitan definir viabilidad de posibles aplicaciones en campo.
Cyclic steam stimulation (CSS), is the most applied thermal enhanced oil recovery (EOR) method worldwide. However, despite the vast experience gained over the last few decades CSS still have its challenges including but not limited to energy efficiency and operational costs. CSS has been evaluated for several years in Colombian heavy oil reservoirs. With CCS  approaching its maturity new alternatives and injection strategies are required to potentially extend the technical-economical limit of this recovery process. Therefore, this work is focused on the evaluation of different strategies to potentially improve CCS performance. Alternate methods evaluated range from steam generation with solar energy to well heating strategies and CCS combined with flue gas, foams, solvents and nano particles (hybrid CCS methods). This evaluation was carried out using a semi-conceptual numerical simulation model representative of a Colombian heavy oil reservoir currently under CCS. The performance of hybrid CCS methods were compared against cold production, conventional CSS (base case) and heating well technologies. Furthermore, this paper summarizes the visualization of steam generation technologies through solar energy and some relevant field applications. Downhole heating technologies (i.e. electro-resistive heating, electro-inductive heating or steam recirculation) were evaluated using the “heater well” option. On the other hand, the hybrid CCS methods evaluated considered specific parameters and injection schedules for each technology to represent as much as possible the performance documented in the literature including some field applications. Based on the DNI (Direct Normal Irradiance), some regions of Colombia are candidates to consider steam generation based on solar energy. Despite the cost and environmental benefits, high CAPEX and the requirement of large acreage were some of the constraints identified. Regarding the simulation study, preliminary results of this study suggest that heating technologies showed greater performance in new wells and before CCS start (Pre-heating approach at initial reservoir pressure). Regarding the hybrid CSS methods, the efficiency of each of the technologies evaluated strongly depends on the reservoir conditions (CCS maturity) at the time it is implemented. Specifically, CCS combined with solvents or nano particles showed better performances at early stages of CSS (i.e. 2nd steam cycle). On the contrary, CCS combined with foams and flue gas evidenced better efficiencies when implemented at later stages of CSS (i.e. 6th steam cycle). Despite the potential identified in some of the technologies evaluated develop detailed experimental and simulation studies are strongly recommended. Finally, the approach followed in this study represents a reasonable screening methodology to preliminary support decision-making strategies of technical teams and managers identifying most promising technologies based on the resources available and current conditions of Colombian heavy oil reservoirs.
Keywords
Enhanced oil recovery (EOR), cycle steam stimulation, hybrid technologies and numerical simulation, Recobro mejorado, Inyección cíclica de vapor, tecnologías híbridas y simulación numérica.
Citation