microbial enhanced oil recovery m.e.o.r
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Trabalho apresentado à discplina de Métodos Especiais de Recuperação de Petróleo.Engenheria de Petróleo, UFESTRANSCRIPT
Microbial Enhanced Oil
Recovery (M.E.O.R)
Métodos especiais de recuperação
1
Microbial Enhanced Oil
Recovery (M.E.O.R)
Trabalho apresentado à disciplina de Métodos Especiais de
Recuperação, ministrada pelo professor doutor Oldrich Joel
Romero.
2
Grupo:
Euder filho;
Isabela Mendes;
Wagner Queiroz
Flavio Rios;
Rodrigo Simões
São Mateus, 2013
SUMÁRIO
• INTRODUÇÃO;
• O MÉTODO M.E.O.R;
• ESQUEMA DE INJEÇÃO;
• VANTAGENS DO M.E.O.R;
• M.E.O.R NO BRASIL;
• ESTUDO DE CASO 1;
• ESTUDO DE CASO 2;
• CONCLUSÃO.
.
3
INTRODUÇÃO
A história da recuperação de óleo utilizando bactérias
(M.E.O.R)
4
INTRODUÇÃO
• Por mais de quatro décadas, microbiologistas se esforçam para
desenvolver tecnologias para aumentar a produção de
hidrocarbonetos;
• Beckman em 1926 sugeriu pela primeira vez a utilização de
microrganismos para recuperação de petróleo;
• Pesquisas em baixa 1926 – 1940;
• Em 1947, ZoBell deu início a uma nova era de pesquisas
relacionadas à M.E.O.R;
5
INTRODUÇÃO
• ZoBell explicou os principais mecanismos responsáveis pelo
processo de recuperação de óleo:
– Produção de ácida devido a dissolução dos carbonatos;
– Dissolução dos sulfatos;
– Produção de gases para re-pressurizar o reservatório e recuperar o óleo;
– Produção de biosurfactantes;
– Redução da viscosidade relativa do óleo.
• O primeiro teste de campo foi realizado no campo de Lisbon,
Union Country, em 1954.
• Após alguns testes, Kuznetsov concluiu que existe bactérias
em reservatórios capazes de, anaerobicamente, transformar
óleo em gás (CH4, H2, CO2, N);
6
INTRODUÇÃO
• Entre os anos 1970 – 2000, foram realizadas algumas
investigações que comprovaram a existência de vida
microbiotica em reservatórios de petróleo.
• As pesquisas nesta área foram impulsionadas a partir de 1970.
Sucesso do M.E.O.R
Figura 1: Congressos realizados
7
M.E.O.R
Microbial Enhanced Oil Recovery
8
M.E.O.R
• Microbial Enhanced Oil Recovery – M.E.O.R: é uma técnica
biológica que consiste em manipular os microrganismos
existente nos reservatórios de petróleo;
• É uma técnica avançada de recuperação de petróleo, no qual
permite uma recuperação de cerca de 2/3 de óleo (Sen, 2008);
• A bactérias podem ser cultivadas em laboratórios ou no próprio
reservatório.
9
M.E.O.R
• Algumas das espécies de bactérias são injetadas
com água, seguidas da injeção de um nutriente
para estimular o crescimento (biomassa);
– Gerando a formação de biopolímero in-situ;
• Objetivo: Viscosificar a água facilitando a varredura;
• Principio semelhante a injeção de polímeros;
– Bloquear canais ou regiões de maior permeabilidade
Aumento do fator de recuperação;
10
M.E.O.R
• O incremento na produção pode ser feito por efeitos
biológicos:
Reações metabólicas
Nutrientes
Meio aquoso
Bactérias
• Quebra de cadeias mais
longas dos HC, produzindo
óleo mais leve.
• Duplamente interessante;
11
M.E.O.R
• Microrganismos:
– Extremophiles, incluindo halophiles, barophiles e termófilos;
• Nutrientes:
– Hidrato de carbono fermentado incluindo molassos;
• Bioprodutos gerados in-situ:
– Ácido e gases, biosurfactantes, solventes etc.
12
Figura 2: Processo M.E.O.R .
Bioproduto Efeito
Ácidos Gases (CO2, CH4, H2) Solventes Polímeros
Modificação da rocha reservatório; Aumento da porosidade e permeabilidade. Pressuriza o reservatório; Expansão do oleo; Redução da viscosidade; Diminui a tensão interfacial. Controle da mobilidade
Tabela 1: Tipos de bioprodutos formados in-situ
13
M.E.O.R
• A média do tamanho das bactérias é de um micron. Mais de 27
mil espécies de bactérias já foram identificadas;
• As bactérias podem apresentar
três formas básicas: round
(coccus), rod (bacillus) e spiral
(spirillum).
14
Figura 3: Forma das bactérias.
Esquema de injeção
15
Figura 4: Esquema de injeção.
Esquema de injeção
Produção de bactérias: 10 m3/dia;
Taxa de injeção: 150-200 m3/dia.
16 Figura 5: Esquema real de injeção.
Vantagens M.E.O.R
1. As bactérias e os nutrientes são baratos, fácil de obter e
controla-los em campo;
2. Economicamente atraente a produção de campos de
petróleo maduros e adequadas antes do abandono dos poços
marginais;
3. Os produtos utilizados são todos biodegradáveis, logo, são
ambientalmente aceitos;
4. São particularmente adequados para reservatórios de
carbonato onde alguns métodos de recuperação secundária
não são aplicadas de forma eficiente. 17
Produção antes e depois da injeção de
bactérias
http://www.rambiochemicals.com/docs/mp_meor_mior.pdf
18
Figura 6: Produção antes e depois da injeção.
Análise de sensibilidade da porosidade
http://www.rambiochemicals.com/docs/mp_meor_mior.pdf
19
Figura 7: Análise de sensibilidade da porosidade.
M.E.O.R no Brasil
• Projeto piloto conduzido pela Petrobras no campo de
Carmópolis, em Sergipe.
• Os estudos fazem parte do Programa de Recuperação
Avançada de Petróleo (Pravap).
• Motivação: Foi identificado uma bactéria nativa do
reservatório de Carmópolis capaz de produzir
biopolímeros;
• "As condições do Brasil são muito boas para esse
trabalho porque temos uma temperatura favorável e uma
grande diversidade de flora microbiana", Antônia Torres.
20
ESTUDO DE CASO 1
“MICROBIAL-ENHANCED WATERFLOODING FIELD
PILOTS” Autor: Rebecca S. Bryant, Anita K. Stepp, Kathy M. Bertus,
Thomas E. Burchfielda, and Mike Dennisb
21
Testes Piloto
Unidade Mink
• Campo Delaware-Childers, Oklahoma.
Campo Phoenix
• Formação Bartlesville
22
• Projeto de campo iniciado em 1986;
• Unidade Mink, no Campo Delaware-Childers,
Oklahoma;
• Objetivos:
– Possibilidade de injeção em um processo de
injeção de água já em andamento
– Determinar se esta injeção poderia aumentar
a taxa de produção de óleo
Unidade Mink
23
Unidade mink
24 Figura 8: Malha.
• Injeção de água iniciou em 1954 e continuava
em operação até o período do início do projeto.
• Saturação de óleo irredutível estimada em 25%.
• Volume de óleo recuperável por injeção de água
na área piloto no início do projeto: 40 mil barris.
• Área de 160 acres, dos quais 110 são
produtivos.
Unidade mink
25
Tabela 2: Propriedades do reservatório – Unidade Mink
Unidade mink
26
Injeção de Traçadores
Químicos
• Determinar:
– Padrões de fluxo dos fluidos injetados;
– Existência de canalização significativa;
– Existência de comunicação entre poços
produtores e os quatro poços injetores
tratados.
• Padrão de fluxo com sentido nordeste e
presença de pequenas estrias de alta
permeabilidade.
27
Injeção de Bactérias e
Nutrientes
Injeção de traçadores
Injeção de bactérias e nutriente
Backflush de poços:
presença de surfactantes
Retomada a injeção de
água
28
Avaliação do Projeto
29
Figura 9: Razão gás-óleo média dos poços produtores monitorados
Avaliação do projeto
30
Tabela 3: Produção de óleo com a injeção de bactéria.
Análise econômica
• Maior parte do custo é relacionada ao nutriente
• Foram utilizadas 18.7 ton de nutriente, com
custo de $100/ton e recuperados 577 barris de
óleo adicional
• Custo do projeto: $3,24/bbl adicional de óleo
• Não foram considerados outros custos de
injeção ou recuperação esperada após infill
drilling 31
Campo Phoenix
• Em 1988, a Comdisco adquiriu a Unidade Mink;
• Testes de compatibilidade foram realizados e o
projeto foi realocado para o Campo Phoenix.
• O objetivo do teste piloto é determinar a forma como o
processo pode ser expandido para todo o campo e
sua viabilidade econômica.
32
Campo phoenix
33
Figura 10: Mapa do Campo Phoenix
Campo Phoenix
34
Tabela 4 Propriedades do reservatório do campo de Phoenix
Injeção de traçadores
Injeção de bactérias e nutriente
Presença de surfactantes
e ácido
Retomada a injeção de
água
Resultados químicos
35
Resultados químicos
36
Figura 11: Mapa da estação de injeção do campo Phoenix
• A formulação microbiana composta por NIPER
1A e NIPER 6 foi selecionada para injeção
neste campo.
NIPER 1A:
• Variação da mesma bactéria
Bacillus licheniformis, usada
no Mink Unit.
• Produziu Surfactante e
ácido através do nutriente.
• Apresentou crescimento
insatisfatório em comparação
à Unidade Mink.
NIPER 6:
• São espécies de Clostridium;
• São menores em tamanho
do que as NIPER 3
Clostridium, usadas na
Unidade Mink.
• Escolhidas devido à baixa
permeabilidade do campo.
Resultados químicos
37
• Pressão e volume injetados praticamente não
variaram após a injeção microbiana.
Avaliação do Projeto
Figura 12: Volumes e Pressões de injeção antes e após a MEOR
38
Figura 13: Produção de óleo do campo Phoenix
Avaliação do projeto
39
Análise econômica
• As despesas com nutriente e instalações da
estação de injeção foram $12.832.
• 2508 barris acima da quantidade prevista foram
recuperados, a $20/bbl.
• Lucro: $37.328
40
Considerações finais
• Na Unidade Mink, a produção de óleo aumentou
13% em relação ao valor projetado e o valor
BSW caiu para 35%.
• No Campo Phoenix, houve um incremento de
14% na produção de óleo, em relação ao valor
projetado.
• Não houve nenhum impacto significativo ao
meio ambiente.
41
ESTUDO DE CASO 2
“Teste de fermentação in-situ no campo de Daqing,
China” Autores: Chun Ying Zhang and Jing Chun Zhang
42
43
Figura 14: Localização do campo.
Campo de Daqing
• Campo de óleo pesado, situado no nordeste
da China, descoberto em 1956.
• Possui 2.2 bilhões de toneladas de óleo
bruto, e é explorado pela Daqing OilField.
44
• O estudo se deu em duas partes:
– 1ª ocorreu em laboratório e utilizando simulação
numérica, de forma a se avaliar a performance do
método em condições controladas, e;
– a 2ª ocorreu no campo com a melhor configuração de
bactérias.
Campo de Daqing
45
1ª PARTE
46
• As bactéria utilizadas nesse projeto eram
obtidas, e cultivadas de três fontes:
1. Re-injeção de bactérias do reservatório;
2. Refinarias de açúcar;
3. Bactérias presentes em solos
contaminados.
Vantagens Ambientais
Bactérias
47
• Xanthemonas compestris; (SU 2-1)
• Bacillus licheniformis; (SU 1-2-3)
• Pseuodomonas aeruginosa. (SU 4-1-2)
SU 2-1
Tipos de Bactérias
48
Figura 15: SU-21.
Princípios de Funcionamento
1. Converter óleo pesado em óleo leve, melhorando a
mobilidade;
2. Gerar ácidos orgânicos que reduzem a tensão
interfacial entre a água e o óleo;
3. Gerar CO2 in-situ, entre 15 e 20 ml de CO2, para
cada ml de poro.
49
Análise de Resultados
• Foi utilizado cromatografia para comparar os
hidrocarbonetos antes e depois da
fermentação;
• O parâmetro de comparação é o índice de
pristane/C17 : phytane/C18 presente, sendo
que quanto maior esta razão, melhor foi a
degradação do óleo. 50
51
Tabela 5: Efeito da bactéria nas propriedades do óleo cru.
Redução de tensão interfacial
52
Tabela 6: Efeito do ácido orgânico - Redução da tensão interfacial.
Degradação do óleo
Melhor
53
Figura 16: Cromatografia para a bactéria SU 5-2.
54
Figura 11: Cromatografia 2. Para outro tipo de bactéria.
Resultados do efeito do CO2
• O CO2 além de ser um gás miscível, ainda produz
um aumento considerável de pressão no
reservatório, devido às grandes quantidades
geradas.
• Nessas condições foram observadas em diversos
testes um aumento entre 5% e 17% de óleo residual
produzido.
55
Efeito do CO2
56
Figura 18: Pressão versus dias.
2ª PARTE
57
Teste em campo
• Para se obter um resultado condizente:
– Os métodos de elevação não foram retirados;
– Os poços não foram recompletados;
– As soluções com bactérias injetadas nos tubos de produção
existentes.
• Os resultados foram comparados com dados pré-
existentes dos mesmo poços, e com análises
químicas do óleo.
58
• As bactérias foram cultivadas em uma planta de
tratamento, e os poço ficaram fechados para
fermentação por um período de no mínimo 40
dias.
• Cuidados especiais foram tomados para que as
bactérias não vazassem para o meio ambiente.
Teste em campo
59
Resultados de CO2
60
Ante
s
1% CO2 D
epo
is
11%
CO2
Em um único poço 50% de CO2
Crescimento da pressão
61
Figura 19: Gráfico de Tubing pressure versus shut in.
Resultados químicos
• Redução das bactérias em 6 meses:
• A tensão interfacial reduziu drasticamente.
62
An
tes
1.6E+7
a cada ml D
ep
ois
1.3E+2
a cada ml
Vida longa das
bactérias @P,T
• Aumento de C15:
Resultados químicos
63
An
tes
2%
De
po
is
5%
Ponto de destilação
reduziu para 10º
Óleo pesado óleo leve.
Maior valor
comercial!
Aumento de produção
• Após o período de 8 meses, um dos poços apresentou
um redução de water-cut de cerca de 5%;
• A produção de óleo:
• Neste período foi produzido um adicional de 480
toneladas de óleo, somente em um poço.
64
Ante
s
3.5 ton/d D
ep
ois
5.5 ton/d
• Em um poço com maior saturação de óleo:
• Após um período de 18 meses. E a produção
de gás quase que dobrou.
Aumento da produção
65
An
tes
7.6 ton/d D
ep
ois
11.0 ton/d
Pico de 25.0
ton/d
Considerações finais
• O método de fermentação in-situ se mostrou
estável ao longo prazo, sendo o aumento de
produção expressivo nos poços utilizados;
• A completação do campo não foi mudada,
sendo que um novo layout poderia produzir
resultados ainda maiores. 66
CONCLUSÃO
67
Conclusão
• Em decorrência de um processo histórico de
evolução nas pesquisa microbiológica:
– Conclui-se que o M.E.O.R se destaca como uma
forma de recuperar quantidades previamente residuais
de petróleo;
– Alterando a propriedade dos fluidos e da rocha
reservatório, reduzindo a razão de mobilidade,
aumentando para até 2/3 a recuperação final.
68
Referências
• Sen, R., Biotechnology in petroleum recovery: The microbial EOR. Progress in Energy
and Combustion Science, 2008. 34(6): p. 714-724.
• Rosa, A. J. Engenharia de Reservatório (2006);
• Htt p://ecen.com/seminario_clube_de_engneharia/30092004/recuperac_sec_petrol.pdf
Acessado no dia 06 de abril.
• Bryant et al. Microbial-Enhanced Waterflooding Field Pilots. 1993. A Pilot Test of EOR
by In-Situ Microorganism Fermentation in the Daqing Oilfield, Chun Ying Zhang
and Jing Chun Zhang, Petroleum Administrative Bureau, Hailung Jang, China;
• Rebecca S. Bryant, Anita K. Stepp, Kathy M. Bertus, Thomas E. Burchfielda, and Mike
Dennisb; - Microbial-Enhanced Waterflooding Field Pilots. (1992);
• Oil Research Program Implementation Plan, U.S. DOE Report No. DOE/FE-O188P,
April, 1990.
• Hamid Rashedi , Fatemeh Yazdian and Simin Naghizadeh. - Microbial Enhanced Oil
Recovery
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
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98
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