las propiedades térmicas de las rocas yacimiento

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  • 20 Oilfield Review

    Cuando las rocas se calientan: Las propiedades trmicas de las rocas yacimiento

    Durante muchos aos, la estimulacin trmica ha sido el mtodo ms importante de

    recuperacin mejorada de petrleo. Los operadores estn aplicando nuevas tcnicas

    para explotar el petrleo pesado, las arenas bituminosas, el bitumen y las lutitas

    petrolferas a fin de liberar una vasta provisin de energa lquida que podra proporcio-

    nar combustibles de transporte y as satisfacer la demanda mundial por ms de

    un siglo. El diseo de los programas de estimulacin destinados a producir estos

    recursos eficientemente a travs de perodos prolongados requiere una mejor

    comprensin y medicin de las propiedades trmicas de las rocas.

    Evgeny ChekhoninAnton ParshinDimitri PissarenkoYury PopovRaisa RomushkevichSergey SafonovMikhail SpasennykhMosc, Rusia

    Mikhail V. ChertenkovVladimir P. SteninLukoilMosc, Rusia

    Traduccin del artculo publicado en Oilfield Review Otoo de 2012: 24, no. 3.Copyright 2013 Schlumberger.Por su colaboracin en la preparacin de este artculo, se agradece a Yevgeniya Gelman, Houston; y a Sidney Green y Roberto Surez-Rivera, Salt Lake City, Utah, EUA.Micarta es una marca de fbrica de Norplex-Micarta.Plexiglas es una marca registrada de ATOFINA.TerraTek es una marca de Schlumberger.

    Cuando el fluido de yacimiento se calienta, su visco-sidad se reduce y por lo general es posible producir mayor cantidad de fluido de la roca yacimiento. La estimulacin de los yacimientos de petrleo conven-cionales con el calor proveniente del vapor o del agua caliente inyectada, constituye una prctica comn desde hace ms de 50 aos con algunos xitos notables. Por ejemplo, el campo petrolero supergi-gante Kern River situado en California, EUA, fue

    viene de la estimulacin trmica. Para el futuro, se est intentando liberar el petrleo que contienen los depsitos de petrleo pesado, arenas bitumino-sas, bitumen y lutitas petrolferas recursos no convencionales que representan la provisin de combustibles lquidos ms grande del planeta a travs de formas altamente evolucionadas de recu-peracin trmica.1

    > Campo Kern River, operado por Chevron cerca de Bakersfield, California, EUA. La produccin de petrleo pesado del campo Kern River alcanz un pico en sus primeros 10 aos de operacin y luego ingres en un perodo de declinacin de 50 aos. En la dcada de 1960, un programa de EOR trmica con inyeccin cclica de vapor, acompaado por procesos intensivos de perforacin de pozos de relleno, rejuveneci el campo con altos niveles de produccin que todava se mantienen.

    Oilfield Review SUMMER 12 Thermal Properties Fig. 1ORSUM 12-THMPTS 1

    Bakersfield

    C a l i f o r n i a

    Campo Kern River

    E S T A D O S U N I D O S

    160 000

    Prod

    ucci

    n d

    e pe

    trle

    o, b

    bl/d 140 000

    120 000

    100 000

    80 000

    60 000

    40 000

    20 000

    01900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010

    Ao

    Historia de produccin del campo Kern River

    Estimulacin con vapor

    revivido con un programa masivo de inyeccin cclica de vapor, puesto en marcha en la dcada de 1960, a travs de un incremento de su tasa de produccin de ms de diez veces luego de un perodo de estancamiento de varias dcadas (abajo). Hoy, alrededor del 60% de la produccin mundial de petrleo atribuida a los mtodos de recuperacin mejorada de petrleo (EOR), pro-

    1. Para obtener ms informacin sobre el campo Kern River y los mtodos modernos de recuperacin trmica, consulte: Curtis C, Kopper R, Decoster E, Guzmn-Garca A, Huggins C, Knauer L, Minner M, Kupsch N, Marina Linares L, Rough H y Waite M: Yacimientos de petrleo pesado, Oilfield Review 14, no. 3 (Invierno de 2002/2003): 3255.

    Alboudwarej H, Felix J, Taylor S, Badry R, Bremner C, Brough B, Skeates C, Baker A, Palmer D, Pattison K, Beshry M, Krawchuk P, Brown G, Calvo R, Caas Triana JA, Hathcock R, Koerner K, Hughes T, Kundu D, Lpez de Crdenas J y West C: La importancia del petrleo pesado, Oilfield Review 18, no. 2 (Otoo de 2006): 3859.

    Allix P, Burnham A, Fowler T, Herron M, Kleinberg R y Symington B: Extraccin del petrleo contenido en las lutitas, Oilfield Review 22, no. 4 (Junio de 2011): 415.

    Butler RM: Thermal Recovery of Oil and Bitumen. Englewood Cliffs, Nueva Jersey, EUA: Prentice Hall, 1991.

    Para ver un informe general sobre los mtodos desarrollados en la ex Unin Sovitica, consulte: Bokserman AA, Filippov VP, Filanovskii VYu: Oil Extraction, en Krylov NA, Bokserman AA y Stavrovsky ER (eds): The Oil Industry of the Former Soviet Union: Reserves and Prospects, Extraction, Transportation. msterdam: Gordon and Breach Publishers (1998): 69184.

    Para ver una revisin general reciente de los mtodos de recuperacin asistida, consulte: Alvarado V y Manrique E: Enhanced Oil Recovery: An Update Review, Energies 3, no. 9 (2010): 15291575.

  • Volumen 24, no.3 2121Volumen 24, no.3

  • 22 Oilfield Review

    Este artculo examina una faceta importante, aunque a menudo ignorada, de la EOR trmica: el comportamiento trmico de las rocas yacimiento. El calentamiento de los fluidos de yacimiento implica el calentamiento simultneo de grandes volmenes de roca. Y, si bien los ingenieros que disean un programa de estimulacin general-mente conocen las propiedades trmicas de los fluidos, las propiedades trmicas de las rocas de formacin a menudo son restringidas sin dema-siado rigor a pesar de que ayudan a determinar la rentabilidad de los proyectos.

    Despus de un breve anlisis de una opera-cin de recuperacin trmica inusual llevada a cabo en el campo Yarega de Rusia, un campo de petrleo pesado, este artculo examina las pro-piedades trmicas bsicas de las rocas y su medi-

    cin con tcnicas convencionales que a menudo requieren mucho tiempo. Adems, introduce una nueva tcnica de medicin que emplea sensores pticos para cuantificar rpidamente las propie-dades trmicas de las rocas. Desde la dcada de 1980, con este mtodo ptico, los cientficos han explorado miles de muestras de rocas, incluidas rocas gneas y metamrficas de pozos cientficos profundos de todo el mundo y, ms reciente-mente, areniscas, lutitas y carbonatos de muchos yacimientos de petrleo. Estas mediciones reve-laron resultados importantes acerca de la hetero-geneidad y la anisotropa de las propiedades trmicas de las rocas. Adems, los investigadores estn descubriendo correlaciones interesantes entre las propiedades trmicas y otras propieda-des petrofsicas.

    La investigacin de los ncleos obtenidos en algunos campos petroleros rusos revel una varia-bilidad sorprendente de las propiedades trmicas de los yacimientos a lo largo de escalas espaciales oscilantes entre algunos centmetros y decenas de metros. Las simulaciones de yacimientos demues-tran porqu es importante para los ingenieros com-prender esta variabilidad a la hora de pronosticar los resultados de un proyecto de EOR trmica. En los casos simulados, los valores incorrectos pro-dujeron variaciones de hasta un 40% en las estima-ciones de los parmetros mtricos clave luego de slo 10 aos de produccin.

    El campo petrolero YaregaEl campo de petrleo pesado Yarega, situado en la Repblica de Komi, en Rusia, ilustra el enorme potencial del mtodo de EOR trmica. Descubierto en el ao 1932, y operado ahora por Lukoil, el campo Yarega se encuentra ubicado en una prolfica provincia petrolera de los Montes Urales, que se conoce como cuenca de Timan-Pechora (izquierda). El yacimiento contiene grandes cantidades de bitumen, un hidrocarburo semislido y altamente viscoso formado durante el proceso de generacin del petrleo. El bitumen natural se encuentra a profundidades de menos de 370 m [1 200 pies] en muchos campos petroleros de Rusia, en los que cons-tituye un recurso estimado en ms de 16 000 millo-nes de m3 [100 000 millones de bbl] de petrleo. La zona productiva de Yarega se encuentra situada a profundidades oscilantes entre 180 y 200 m [590 y 660 pies] y se compone de areniscas cuar-zosas finas de edad Devnico Medio, con una porosidad variable de entre el 20% y el 25% y una saturacin de petrleo de casi 100%.2

    La produccin de los yacimientos someros del campo Yarega se asemeja a una operacin minera. Los operadores han utilizado diversas configuracio-nes para calentar los yacimientos con vapor y extraer los fluidos liberados. En el esquema ms comn, desarrollado en la dcada de 1970 y conocido como sistema de dos niveles o de dos horizontes, pozos de inyeccin de vapor de inclinacin pronunciada, perforados desde cmaras suprayacentes a las que se accede por medio de aberturas de minas conven-cionales, penetran y calientan el yacimiento. Aberturas de minas adicionales conducen a un segundo conjunto de galeras cercanas a la base del yacimiento, desde donde se perforan en sen-tido ascendente pozos de produccin de inclina-cin suave que penetran en las capas petrolferas.

    El efecto de la estimulacin trmica sobre la produccin del campo Yarega ha sido sorprendente. Antes de que comenzara la minera trmica a fines de la dcada de 1960, la produccin de los pozos convencionales perforados desde la super-

    > Campo petrolero Yarega, operado por Lukoil cerca de Ukhta en la Repblica de Komi en Rusia. La produccin primaria de petrleo proveniente del bitumen contenido en los yacimientos someros del campo Yarega se inici en la dcada de 1930 y alcanz su valor mximo a principios de la dcada de 1950. La produccin comenz a declinar rpidamente alrededor del ao 1970, en que se introdujeron nuevos programas de asistencia trmica con inyeccin de vapor.

    R U S

    I A

    Campo Yarega

    Ukhta

    0 km

    0 mi 200

    200

    Repblicade Komi Cuenca de

    Timan-Pechora

    Oilfield Review SUMMER 12 Thermal Properties Fig. 2ORSUM 12-THMPTS 2

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