artigo pdpetro - diego de azevedo oliveira

7/24/2019 Artigo Pdpetro - Diego de Azevedo Oliveira

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8 CONGRESSO BRASILEIRO DE PESQUISA E

DESENVOLVIMENTO EM PETRLEO E GS

TTULO DO TRABALHO:COMPARATIVO ENTRE VARIAES DO PROCESSO DE COMBUSTO IN-SITU EM

UM RESERVATRIO DO NORDESTE BRASILEIRO

AUTORES:Diego de Azevedo Oliveira, Jennys Lourdes Meneses Barillas e Edson de Andrade Araujo

INSTITUIO:Universidade Federal do Rio Grande do Norte

Este Trabalho foi preparado para apresentao no 8 Congresso Brasileiro de Pesquisa e Desenvolvimento em Petrleo e Gs - 8

PDPETRO, realizado pela a Associao Brasileira de P&D em Petrleo e Gs - ABPG, no perodo de 20 a 22 de outubro de 2015, em

Curitiba/PR. Esse Trabalho foi selecionado pelo Comit Cientfico do evento para apresentao, seguindo as informaes contidas

no documento submetido pelo(s) autor(es). O contedo do Trabalho, como apresentado, no foi revisado pela ABPG. Os

organizadores no iro traduzir ou corrigir os textos recebidos. O material conforme, apresentado, no necessariamente reflete as

opinies da Associao Brasileira de P&D em Petrleo e Gs. O(s) autor(es) tem conhecimento e aprovao de que este Trabalhoseja publicado nos Anais do 8 PDPETRO.


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8 CONGRESSO BRASILEIRO DE PESQUISA E DESENVOLVIMENTO EM PETRLEO E GS

ESTUDO DA RECUPERAO AVANADA UTILIZANDO COMBUSTO

IN SITU EM UM RESERVATRIO DO NORDESTE BRASILEIRO

Abstract

With the intention of improving the oil production, the enhanced oil recovery methods are

developed and each time are more studied by the oil industry. The enhanced oil recovery methods aim

to produce the portion of oil that cannot be produced with the primary recovery and conventional

methods. For recovering heavy oil, the thermal methods stands out because they lower the oil

viscosity, and among these methods, there is the in situ combustion that differently from the others

thermal process generate heat inside the reservoir. The objective of this thesis is to study the CAGD

(Combustion Assisted Gravity Drainage) process, one of the various configuration from CIS method.

This thesis is carried out using with reference a reservoir from the northeast of Brazil, also order to

develop the CAGD area through the comparative of the results between a reservoir using CAGD and

another using THAI. For the study, was used the simulator STARS (Steam, Thermal, and Advanced

Processes Reservoir Simulator) from CMG (Computer Modelling Group).

Introduo

Com o aumento da ocorrncia de leos pesados e ultrapesados necessrio investimento em

novas tecnologias para uma maior recuperao do leo. Existem previses econmicas de que o leo

seja a principal fonte de energia fssil do mundo at 2025 (MOTH; SILVA, 2008). No Brasil, o leo

pesado tem maior ocorrncia em guas profundas da Bacia de Campos, martimo, Estado do Rio de

Janeiro. A recuperao desses leos se faz necessria para o Brasil porque a busca da autonomia no

setor por encontrar mtodos para refinar, transportar, produzir e explorar os leos pesados.

necessrio entender que os leos pesados tm uma maior dificuldade manuseio e processamento em

comparao com o leo leve. Sendo assim, diversos mtodos trmicos esto sendo estudados edesenvolvidos, tais como: SAGD (Steam Assisted Gravity Drainage), ES-SAGD (Expanding Solvent

Steam Assisted Gravity Drainage), SW-SAGD (Single-Well Steam Assisted Gravity Drainage), entre

outros, para que possa aumentar a extrao do leo, melhorando a capacidade de escoamento dos

fluidos, aumentando a rentabilidade dos reservatrios no convencionais e estendendo sua vida

produtiva.

Os mtodos Trmicos se apresentam em duas categorias: a injeo de fluidos aquecidos e a

combusto in situ. A injeo de fluidos aquecidos acontece na superfcie e transferido para um fluido


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que logo injetado no reservatrio. A combusto in situ gera calor dentro do reservatrio, neste tipo

de processo comum utilizar poos injetores e produtores verticais.

No processo de combusto, uma pequena poro do leo do reservatrio entra em ignio, a

qual sustentada pela injeo contnua de ar (ROSA et al., 2006). Sendo assim, o reservatrio

aquecido pela frente em combusto, aproximadamente, 10% do volume de leo in place (VOIP),propagando o calor atravs do reservatrio (GREAVES et al., 2000). Como em qualquer reao de

combusto, o comburente (oxignio) se combina com o combustvel (leo) liberando calor e formando

produtos como gua e dixido de carbono para uma reao completa. Nesse caso, a composio do

leo afeta a quantidade de energia liberada. (ARAJO, 2012).

A queima do combustvel, ou seja, do leo, faz com que aumente a temperatura e diminua a

viscosidade, alm disso, vaporiza as fraes mais leves que deslocam o leo para o poo produtor. O

vapor gerado e os componentes leves vaporizados so condensados aps entrar em contato com as

pores frias do leo. A frente de combusto s se move para frente do reservatrio quando toda a

queima do combustvel depositado ocorre, isto pode ser observado na Figura 1Erro! Fonte de

referncia no encontrada..

Figura 1: Representao das zonas formadas durante o processo da combusto in situ.(Adaptado de

Rodrigues, 2013 apud ROSA 2006)

Kisman e Lau (1994) desenvolveram um arranjo para o processo de combusto in-situ(ISC).

Eles propuseram utilizar poos laterais para ventilar o fluxo de sada dos gases do reservatrio.


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Processo chamado de COSH (Combustion Override Split Production Horizontal Well), utilizando o

poo produtor horizontal. Drenagem por gravidade estabiliza o desenvolvimento da frente de

combusto em todo poo produtor. Eles apresentaram que utilizar poos horizontais para as operaes

de combusto in-situ obtm vantagens. Poos horizontais provm uma maior rea de contato entre a

formao e a frente de combusto. Tem uma maior produo do que os poos verticais. O leo

mobilizado no necessariamente precisa atravessar o banco de leo frio para ser produzido e esse

efeito pode beneficiar a performance geral de todo o processo. (RAHNEMA, H.; MAMORA, D.;

BARRUFET, M. A., 2012).

Poos horizontais podem tambm ser utilizados junto de outros processos trmicos. Oskouei

(2011) confirmou a viabilidade do processo de combusto in-situ em cmaras maduras de SAGD.

Mais tarde, Rahnema et al. (2011) mostraram em laboratrio a performance da injeo de ar atravs de

pares SAGD. O experimento observacional mostrou que, enquanto a frente de combusto no avana

atravs da cmara SAGD, ela cria uma crosta de coque em torno do SAGD o que pode minimizar ovazamento de vapor. (RAHNEMA, H.; MAMORA, D.; BARRUFET, M. A., 2012).

O THAI (Toe-to-Heel Air Injection) um processo de combusto que consiste de um poo

horizontal produtor e um poo vertical injetor. A frente de combusto mantida pela injeo do ar no

poo vertical empurra o leo para o poo produtor, deslocando o leo de maneira horizontal. O

processo tem se apresentado vivel tanto economicamente quanto tecnicamente. Porm, ainda um

processo carente de resultados cientficos e pouco se sabe como controlar o processo de combusto e

obter melhores ndices de recuperao. (ARAUJO, 2012).

O mtodo Toe-to-Heel Air Injection um processo de recuperao depetrleo avanado que

consiste na combusto in situ com a perfurao horizontal, isto possibilita uma maior quantidade de

extrao de leo pesado em reservatrios (GREAVES; TURTA, 1997). Este ainda no foi utilizado no

Brasil.

Metodologia

Modelagem do Reservatrio

O reservatrio considerado um tridimensional homogneo com caractersticas do nordeste

Brasileiro. Os dados do reservatrio so mostrados naTabela 1:

Tabela 1: Propriedades do reservatrio.

Profundidade do topo do reservatrio (m) 200


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Permeabilidade horizontal, kh, (mD) 1200

Permeabilidade vertical, kv, 0.09*Kh (mD) 108

Presso Inicial no topo do reservatrio kP (Psi) 1979 (287)

Porosidade (%) 23

Compressibilidade da formao (1/kP) @ 1979 kP 2,18*10-10

Temperatura Inicial do reservatrio C (F) 38 (100,4)

Capacidade calorfica volumtrica da formao (J/(m*K)) 2,347*10

Condutividade trmica da rocha (J/(m*day*C)) 2,74*105

Condutividade trmica da fase gua ((J/(m*day*C)) 5,35*104

Condutividade trmica da fase leo (J/(m*day*C)) 1,15*10

Condutividade trmica da fase gs (J/(m*day*C)) 3900

Capacidade calorfica volumtrica da formao Overburdene

Underburden (J/(m*K))2,347*106

Condutividades trmicas Overburdene Underburden

(J/(m*day*K)) 1,496*10

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Contato gua-leo (m) 228

Reservatrio molhado gua;

O refinamento do reservatrio encontrado naTabela 2.

Tabela 2: Refinamento do reservatrio

Eixo Dimenso (m) Nmero de Blocos Tamanho dos Blocos

(m)

x 90 17 10 7,5 5 5 5 5 3 3 3 3 3

5 5 5 5 7,5 10

y 250 35 7.14 (todos)


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z (espessura) 28 16 1.75 (todos)

Figura 2: Modelo base do reservatrio

Modelagem do Fluido

O modelo do fluido tem caractersticas do nordeste Brasileiro, um leo pesado e algumas

propriedades podem ser observadas naTabela 3:

Tabela 3: Caractersticas do leo

Viscosidade Inicial @ 38 C 1097.2 cP

Grau API do leo 16,76

O modelo de fluido para estudo apresenta 5 pseudo-componentes (C1-3, C4-5,C6-12,C13-20,C21-40+)e 4 componentes: gua (H2O); Oxignio (O2); Gs inerte (CO2 e N2); Coque (C). ATabela 4: Mssica

Inicial dos Componentes,a seguir, apresenta os agrupamentos e a mssica inicial dos componentes no

reservatrio: (ARAUJO, 2012)

Tabela 4: Mssica Inicial dos Componentes

Componentes Mssica Inicial (%)

C6-12 0,1


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C13-20 0,2

C21-40+ 0,7

Para a modelagem de combusto foram consideradas 5 reaes qumicas. As trs primeiras(Eq.1, Eq.2 e Eq.3) representam as reaes de oxidao que ocorrem com os trs pseudo-componentes

do leo, tendo como produto gs carbnico (CO2) e gua (H2O). A Eq. 4 e Eq. 5 representam o

craqueamento do leo pesado (C21-40+) e leo mdio (C13-20). A Eq. 6 a reao que envolve a

oxidao do Coque (C). (ARAUJO, 2012)

Eq. 1: C21-40+ + 59,967 O2 39,6447 CO2 + 40,644 H2O

Eq. 2: C13-20 + 25,61 O2 17,74 CO2 + 16,74 H2O

Eq. 3: C6-12 + 15,84 O2 11,219 CO2 + 10,234 H2O

Eq. 4: C21-40+ 0,8835 C13-20+1,4378 C6-12 + 10,712 Coque

Eq. 5: C13-20 1,22 C6-12 + 4,546 Coque

Eq. 6: Coque+ 1,25 O2 CO2 + 0,5 H2O

As energias de ativao e a entalpia das reaes esto de acordo com aTabela 5:(ARAUJO,

2012)

Tabela 5: Energias de ativao e entalpia das reaes

EquaoEnergia de Ativao

(Btu/lbmol)

Entalpia da reao

(Btu/lbmol)

Fator Pr Exponencial

Eq. 1 32785 814240 3,02*10

Eq. 2 32785 4521600 3,02*10

Eq. 3 32785 2102400 3,02*1010

Eq. 4 28800 20000 4,167*105

Eq. 5 28800 20000 4,167*105

Eq. 6 28800 230000 416,7


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Modelagem dos Poos

Para modelagem dos poos foram definidos os valores operacionais de acordo com a

Tabela 6:

Tabela 6: Modelagem do Poos

Poo Produtor

Vazo Mxima de Produo (m/dia) 5000

Presso Mnima da Cabea (kPa) 196,5

Poo InjetorModelo Base

Vazo de Injeo (m/dia) 50000 m/d

Temperatura de Injeo (F) 100,4

Presso (Psi) 1200

Composio do Ar O2 21%

N2 79%

Foram realizadas trs analises de parmetros operacionais, tais como: Comprimento do poo

injetor; distncia vertical entre poos; e nmero de poos.

Configurao UmTamanho do poo Injetor

Foram utilizados dois poos horizontais, modificando o comprimento do poo injetor dentro

do reservatrio, afim de analisar a influncia desse parmetro operacional. AFigura 3 exemplifica os

tamanhos dos poos, assim como tambm aTabela 7.


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Figura 3: Tamanho das configuraes dos poos.

Tabela 7: Tamanhos dos poos injetores horizontais

Configuraes do Poo Injetor Comprimento Horizontal (m)

Pequeno 64,3

Mdio 128,6

Grande 192,9

Configurao DoisDistncia vertical entre poos

A distncia entre os poos foi o segundo parmetro modificado, sendo utilizado juntamente

com a mudana do comprimento do injetor, obtm assim nove configuraes de poos possveis. A

Figura 4,exemplifica a mudana da distncia vertical entre os poos.


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Figura 4: Completaes Verticais dos Poos

Configurao TrsNmero de poos

Na terceira configurao dos poos, se tm dois poos injetores no reservatrio, ambos so

colocados prximos dos limites do reservatrio de maneira simtrica, alm disso varia-se a altura do

par de poos injetores para modificar a distncia vertical, com um total de trs simulaes para

encontrar o melhor cenrio. AFigura 5 mostra como ficou a configurao relatada e aFigura 6 como

os poos injetores esto completados.

Figura 5: Modelo 3D com dois poos injetores


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Figura 6: Vista dos poos injetores.

Metodologia

Com o objetivo de analisar o reservatrio foi utilizado a seguinte metodologia:

1. Modelagem dos fluidos;

2. Modelagem do reservatrio;

3. Realizao do modelo base;

4.

Anlise da vazo de injeo de ar para o modelo base;

5. Anlise da influncia do comprimento do poo injetor e a distncia vertical para diferentes

configuraes;

6. Anlise de diferentes nmeros de poos;

7. Estudo do aumento da vazo para diferentes nmeros de poos;

8. Estudo comparativo entre o mtodo THAIe o mtodo CADG.

Resultados e Discusso

Nesta seo so mostrados os resultados comparativos entre os mtodos THAI e o CAGD,comeando com um comparativo para o Fator de recuperao com tempo. O mtodo CAGD sofreumodificaes de configurao de modo a tentar alcanar o melhor desempenho do mtodo para umreservatrio do nordeste brasileiro.


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A anlise, observada na Figura 7, foi realizada com poos CAGD pequenos, uma vez queapresentaram o melhor desempenho na primeira configurao estudada.

Figura 7 - Fator de recuperao no tempo, CAGD contra THAI.O mtodo comparativo demonstra que a utilizao do THAI superior ao mtodo CAGD

para este caso, como pode ser observado atravs daFigura 7,o fator de recuperao sobe em torno de30%.

A Figura 8 mostra a temperatura mdia do reservatrio, como pode ser observado as

temperaturas alcanadas com o mtodo THAI so superiores do que a com mtodo CAGD.

Figura 8 - Temperatura mdia do reservatrio no tempo, CAGD contra THAI.


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observado que a temperatura mdia do reservatrio com o mtodo THAI superior doque com o mtodo CAGD, com o pico de aproximadamente 200F para o CAGD e deaproximadamente 500F para o THAI.Este parmetro influencia diretamente na produo, uma vezque significa uma maior produo de calor e diminuio da viscosidade.

Para os casos apresentados o THAI foi superior, portanto para ten tar melhorar odesempenho do mtodo CAGD foi realizada mudanas em suas completaes dos poos. Ento foiutilizado dois poos injetores, esta configurao melhorou a produo, porm quando comparada como THAI ainda se mostrou menos produtiva, como pode ser observado naFigura 9.

Figura 9 - Fator de recuperao no tempo, CAGD 2 injetores contra THAI.O mtodo CAGD se mostrou inferior quando comparado com o mtodo THAI, porm a

utilizao de dois poos injetores diminuiu a diferena da recuperao, entretanto a diferena ainda

de 25%, o que pode ser observado na Figura 9.O fator de recuperao favorvel utilizao do

mtodo THAI, isto ocorre pelo aumento da rea varrida pela frente de combusto, como tambm

pela maior temperatura, a comparao da temperatura mdia pode ser observada naFigura 10.


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Figura 10 - Temperatura mdia do reservatrio no tempo, CAGD 2 injetores contra THAI.A temperatura alcanada ao utilizar o mtodo THAI de em torno de 500 F e ao utilizar o

CAGD de 300F, portanto com a utilizao do THAI tem-se uma menor viscosidade e portantouma maior produo.

Na terceira anlise da configurao da completao perfurado somente dois poos, porm demaneira que no atuem na mesma linha de ao vertical. O intuito de que se apresente um maior

tempo para o breakthrough de ar e com isso se tenha uma maior gerao de calor dentro doreservatrio. Porm, ao analisar os resultados observado que apesar deste acontecimento, aindaassim, o THAI se mostrou mais produtivo em um reservatrio com as caractersticas do nordestebrasileiro,Figura 11.


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Figura 11Fator de recuperao no tempo, CAGD deslocado contra THAI.AFigura 11,traz o grfico do fator de recuperao com o tempo de produo, como pode ser

observado o THAI apresenta um FR mximo de aproximadamente 52%, j o CAGD o mximo quealcanou foi cerca de 42%.

A temperatura mdia alcanada pelo THAI superior ao CAGD,Figura 12.A temperaturamdia mxima alcanada pelo mtodo CAGD de em torno de 300 F e ao utilizar o mtodo THAI

a temperatura chega at 500 F.


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Figura 12 - Temperatura mdia do reservatrio no tempo, CAGD deslocado contra THAI.

Figura 13O2produzido acumulado no tempo, CAGD deslocado contra THAI.NaFigura 13pode ser observado que o ar injetado no CAGD mais demorado em relao ao

THAI para ser produzido, porm isto no resulta numa maior temperatura mdia do reservatrio,apesar disso a vantagem da utilizao do CAGD a maior utilizao do ar na gerao de calor,produzindo menos ar. Porm obtido uma alta produo de oxignio, o que faz necessrio a procurapor alternativas para minimizar a produo.

O mtodo do CAGD apresentou resultados inferiores quando comparado com o THAI,porque a frente de combusto do mtodo CAGD no foi favorvel para a sua produo, uma vez que


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uma poro de leo era empurrado para as laterais do reservatrio no lugar de ser produzido no poo

produtor, com uma configurao de poo em que permitia ao mtodo THAI desenvolver a frente de

combusto varrendo uma maior rea do reservatrio, este teve uma melhor produo em todas as

anlises. Ao aumentar a distncia horizontal entre os poos para aumentar a rea de varrido a produo

com o mtodo CAGD aumenta, porm ainda assim no produz mais que o mtodo THAI em um

reservatrio do nordeste brasileiro.

importante ressaltar que o mtodo CAGD obteve resultados positivos quando estudado por

Rahnema, H. et al., em 2012, com reservatrios canadenses em que a viscosidade do leo era de 27000

cp 60C.

Concluses

As principais concluses ao comparar o mtodo THAI com o mtodo CAGD em um reservatrio do

nordeste brasileiro so:

A modelagem da distribuio dos poos se mostrou um fator relevante para a melhor

recuperao do leo.

O mtodo THAI se mostrou melhor que o CAGD em todos os casos apresentados

neste trabalho.

Agradecimentos

Agradeo a Deus, por ter me dado conhecimento e foras para sempre seguir em

frente; ao Prof. Ph. D. Tarclio Viana Dutra Junior, pela oportunidade de ser seu orientando

alm de todo o auxlio prestado; a Dr. Prof. Jennys Lourdes Meneses Barillas, por todo

conhecimento passado e ajuda fornecida; ao Prof. Dr. Marcos Allyson, Coordenador do PRH-

PB 221, pelo seu empenho ao PRH; e ao PRH-PB 221 da Petrobras, pelo suporte financeiro,

incentivando o estudo e desenvolvimento de trabalhos acadmicos.

Referncias Bibliogrficas

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Editora Intercincia, 2006.

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RAHNEMA, H.; MAMORA, D.; BARRUFET, M. A.; Self-Sustained CAGD Combustion Front

Development; Experimental and Numerical Observations, PAPER SPE 154333, Improved OilRecovery Symposium held in Tulsa, Oklahoma, 2012.

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