ES2245689T3 - Mejoras en la recuperacion de petroleo por gasificacion "in situ". - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la gasificación en el fondo de un pozo de petróleo, que no sea crudo petrolífero pesado, en un yacimiento subterránea que comprende llevar una herramienta de gasificación que comporte un elemento calefactor resistivo alimentado eléctricamente en el interior de éste desde una instalación de producción de superficie bajando hasta el yacimiento subterráneo, llevar dicha herramienta a una proximidad operativa del petróleo en dicho yacimiento subterráneo y activar la herramienta para iniciar la gasificación en presencia de agua dentro de una gama de temperaturas

Description

Mejoras en la recuperación de petróleo por gasificación "in situ".

Campo de la invención

La presente invención se refiere a técnicas para mejorar la recuperación de petróleo de explotaciones antiguas o depósitos con presión baja. En particular, la invención ofrece desarrollos en procesos de gasificación adaptados para ayudar a la conducción de petróleo desde yacimientos subterráneos o a la conversión de dicho petróleo en productos gaseosos útiles.

Antecedentes de la invención

Se ha descrito en la literatura el proceso de gasificación de los residuos fósiles carbonosos subterráneos tales como carbón, lignito, pizarra bituminosa, arenas bituminosas y productos petrolíferos pesados en explotaciones donde resulta difícil la recuperación debido a una presión insuficiente para llevar el petróleo a la superficie, y se han desarrollado algunos procesos a nivel comercial.

La patente US-A-4 382 469 describe un proceso de gasificación "in situ" a aplicar en un yacimiento subterráneo de material carbonoso. En el procedimiento propuesto, se hace pasar una corriente continúa controlada a través del yacimiento. Dicha referencia menciona asimismo otros diversos métodos de gasificación de la técnica anterior los cuales se han descrito en las patentes US-A-849 524, US-A-2 818 118, US-A-2795 279, US-A-3 106 244, US-A-3 428 125. Estos métodos tienen generalmente el mismo objetivo, es decir, la volatilización o pirólisis del material carbonoso para retirar los productos gaseosos de hidrocarburos, es decir gas combustible.

La patente US-A-4 461 349 describe igualmente la gasificación "in situ" de depósitos carbonosos subterráneos en los cuales se forma un patrón de barrenos para facilitar en paralelo una hilera de receptáculos de inyección de gas y una hilera de receptáculos de producción. Se inyecta el gas que contiene oxígeno en la zona hullera subterránea para permitir que se forme un frente de combustión que lleve a la gasificación resultante del carbón. El frente conduce el gas formado por conversión térmica del depósito carbonoso a los receptáculos de producción donde pueden estar dispuestos termopares o detectores similares para poner en marcha un procedimiento de cierre con el fin de evitar la combustión en los pozos de producción. Suele decirse que el proceso aquí descrito es particularmente adecuado para la recuperación de productos de gasificación de depósitos de carbón subterráneos.

Pueden consultarse los detalles de varios procesos de gasificación y licuefacción del carbón en la Encyclopaedia of Chemical Technology, Kirk-Othmer, 3ª Edición (1980), Tomo 11, páginas 410-422 y 449-473.

Con relación a la recuperación del petróleo, se puede trabajar en pozos agotados o depósitos de conducción naturales deficientes mediante el procedimiento de recuperación secundaria que implica la mejora o la inducción a la conducción en el depósito mediante chorro de agua o combustión in situ. Este último procedimiento de forma elemental comporta bajar un ignitor al interior de un barreno y activar una ignición de los hidrocarburos en el depósito objetivo. Aunque se consuman hidrocarburos más ligeros en la combustión, el frente térmico resultante reduce la viscosidad de los depósitos más pesados y los conduce a través del yacimiento hasta el receptáculo de recuperación. Se ha propuesto el uso de otros métodos, los llamados métodos de recuperación terciaria, que incluyen la inyección de vapor, la inyección de aire, el desplazamiento por introducción de polímero, la fracturación con explosivos, la fracturación hidráulica, la inyección de dióxido de carbono, los procesos químicos que incluyen la introducción de sosa cáustica.

Actualmente, la industria dispone de métodos de recuperación secundarios que se pueden clasificar generalmente como "inyección de gas", "chorro de agua" y "recuperación térmica".

Las técnicas de "inyección de gas" inyectan gas, tal como nitrógeno o dióxido de carbono, en el yacimiento objetivo para elevar la presión sobre el petróleo residual y facilitar la producción del mismo.

Las técnicas de "recuperación térmica" requieren la inyección de una mezcla de aire/oxígeno en el yacimiento, a un elemento calefactor en la base del tren. Siempre que se alcancen las condiciones críticas de aire/petróleo y calor, el petróleo prende fuego y produce un frente de combustión. Se dirige el frente en la dirección deseada al continuar el suministro de gas de soporte de combustión a una presión controlada para evitar que el fuego retroceda. A medida que progresa el frente de combustión a través del depósito de petróleo, se evaporan el petróleo y el agua del yacimiento, son llevados más adelante a la fase gaseosa y se vuelven a condensar en la sección de enfriado del yacimiento, a su vez, los fluidos condensados desplazan petróleo hacia los barrenos del receptáculo de producción.

Se pueden distinguir entre sí los procesos de "gasificación" de los tipos conocidos por el producto final a recuperar. Un método para la gasificación, somete la explotación antigua a un método de gasificación del petróleo residual de modo que se pueda recoger el gas resultante, es decir, es el gas en lugar del petróleo residual, el que resulta ser el producto objetivo. Otro método utiliza el gas producido en el proceso de gasificación para que actúe como combustible en un proceso de combustión (ver más arriba la exposición sobre la recuperación térmica) para desplazar el petróleo residual del yacimiento, con el fin de permitir que sea recuperado del yacimiento, es decir que el gas es únicamente un medio para mejorar la recuperación del petróleo que sigue siendo el producto objetivo. Este último es un método realmente mejorado de recuperación del petróleo (EOR) mientras que el anterior es un proceso de producción de gas (GPP) en el cual se evapora el petróleo y se desintegra térmicamente transformándose en gases que son captados y transportados a la superficie para su procesado.

Para que un proceso GPP tenga éxito, el gas producido debe ser fácilmente captado y las explotaciones donde existan formaciones muy porosas por encima del petróleo debieran ser consideradas inapropiadas para este método.

Un proceso EOR solamente es eficaz si los depósitos de petróleo residual no son lo suficientemente pesados para dificultar el flujo y no contienen niveles importantes de ceras y parafinas de elevado peso molecular que inhiban el flujo. Asimismo, puede que los procesos de recuperación térmica conocidos no funcionen de forma satisfactoria debido a un gradiente de temperatura decreciente alrededor del ignitor que pueda provocar que se formen grandes fracciones de consolidación del petróleo a cierta distancia del ignitor y de este modo se creen atascos en el yacimiento que impidan la recuperación eficaz.

Resumen de la invención

Un objeto de la presente invención es aportar mejoras a la recuperación del petróleo en explotaciones parcialmente agotadas o antiguas, "de conducción deficiente" y yacimientos donde la gasificación de petróleo residual sea una posible solución.

Otro objeto de la presente invención es facilitar un método de recuperación secundaria o de recuperación mejorada de petróleo que ofrezca ventajas respecto de las propuestas de la técnica anterior.

Otros objetos de la presente invención incluyen disponer de métodos de producción de gas y recuperación de petróleo que eliminen o mitiguen problemas evidentes o inherentes a los métodos conocidos.

De este modo, según la presente invención tal como se define en las reivindicaciones, se ofrece un proceso para la gasificación del petróleo en un yacimiento subterráneo.

El proceso de gasificación es adecuado para el uso en la recuperación de petróleo cuando la formación detrás del petróleo sea sustancialmente impermeable al petróleo, y la formación por encima del petróleo no sea significativamente permeable al gas generado. Los técnicos en la materia reconocerán que si la formación detrás del petróleo es permeable al petróleo hasta un punto importante, el petróleo puede penetrar al interior de la formación permeable y que si la formación "aérea" es porosa, el gas que se genere simplemente se escapará a la formación. Por lo tanto, los técnicos en la materia vigilarán normalmente y evaluarán el yacimiento y a continuación dictaminarán cual es el proceso adecuado según la presente invención para el yacimiento inspeccionado a los efectos de recuperación de petróleo o si se debe considerar un método alternativo. Otros factores, además de la experiencia adecuada y la especialización en este campo, tendrán en cuenta la calidad del petróleo a recuperar. El crudo petrolífero pesado que contenga niveles importantes de parafinas de elevado peso molecular y ceras puede no ser adecuado para el objeto de la presente invención.

Breve descripción de los dibujos

A continuación se describe la invención con referencia a los dibujos adjuntos en los cuales:

La Fig. 1 ilustra una sección a través de un yacimiento subterráneo que contiene petróleo residual en el cual un tren de fondo de pozo equipado con dispositivos para realizar la gasificación penetra para proporcionar una instalación GPP;

La Fig. 2 ilustra esquemáticamente una instalación de gasificación de superficie;

La Fig. 3 ilustra esquemáticamente una instalación EOR; y

La Fig. 4 ilustra, vista en planta, una disposición de trenes equipados con dispositivos para lograr la gasificación para una instalación EOR.

Modos de realización de la invención

En una reacción de gasificación tal como se contempla en la puesta en marcha de la invención, se observarán principalmente las siguientes reacciones de generación de gas en un caso típico

C + H_{2}O \rightarrow CO + H_{2}

CO + H_{2}O \rightarrow CO_{2} + H_{2}

C_{p} H_{q} + H_{2}O \rightarrow pCO + qH_{2}

CO_{2} + C \rightarrow 2CO

CH_{4} + H_{2}O \rightarrow CO + 3H_{2}

CH_{4} + CO_{2} \rightarrow CO_{2} + H_{2}

En un proceso de gasificación a llevar a cabo en el interior de un yacimiento que contenga hidrocarburos 1 según la invención, tal como se ilustra esquemáticamente en la Fig. 1, los dispositivos 2 para causar una acción de gasificación están dispuestos sobre un tren 4 adaptado para trabajar en el fondo del pozo y se carga el tren en un barreno ya existente o, si fuera necesario, se equipa el tren para que taladre su propio paso a través del yacimiento. Se controla su posición y cuando ha penetrado en una zona de un depósito 3 que contenga hidrocarburos a recuperar o a convertir en gas, se activan los dispositivos para iniciar un proceso de gasificación.

En una propuesta según la presente invención, un elemento calefactor resistivo alimentado eléctricamente 2 es puesto en contacto con el petróleo residual del depósito 3 y es activado para que alcance una temperatura de hasta unos 1000ºC. Una tubería de retorno (no representada) yuxtapuesta al elemento calefactor permite que se evapore el petróleo y que se recojan los productos gaseosos. Al desarrollarse la mezcla de vapor y gas, se producirá un desarrollo correspondiente de presión y un aumento del volumen que, debido a la presencia de la tubería de retorno, permitirá que el gas suba fácilmente por la tubería. La eliminación del gas hace que, a su vez, se lleve más petróleo cerca del elemento calefactor para que, a su vez, se convierta en gas que se elimine como se menciona anteriormente. Finalmente, la cantidad de petróleo que pueda ser recuperada eficazmente por este método disminuye.

Un procedimiento EOR está esquemáticamente ilustrado en la Fig. 3, donde en un yacimiento que contenga petróleo 31, se aporta cierto volumen de gas por encima del crudo petrolífero en el depósito 33 y dicha capa de gas 30 produce un efecto de producción de petróleo debido a la presión hacia arriba sobre el crudo petrolífero del agua de la formación 35, y a la presión hacia abajo del gas producido. El efecto neto aquí es el de mantener la presión con el gas generado del petróleo, que reduzca la necesidad de proporcionar una subida mediante la inyección de agua al yacimiento, y asimismo, produce petróleo y gas en lugar de petróleo contaminado con agua que complique el proceso de producción.

Una tubería de retorno 36 adecuadamente presentada al petróleo permite que se recupere el petróleo bajo la presión del petróleo evaporado y de los productos gaseosos generados alrededor del elemento calefactor y que se acumulan sobre el petróleo. La eliminación del petróleo conduce a su vez a que se lleve más petróleo cerca del elemento calefactor para que, a su vez, sea convertido en gas, que se acumula y mantiene la presión como se ha mencionado anteriormente. En algún momento, este método también alcanzará un punto en el cual la cantidad de petróleo recuperable disminuya hasta niveles que no sean económicamente rentables. No obstante, como es probable que se consideren los métodos de esta invención para explotaciones con conducciones deficientes o agotadas, donde otros métodos de recuperación ya sean considerados no económicamente rentables, resultan visibles las ventajas de la invención.

Como representa la Fig. 4, el desarrollo estratégico y de posicionamiento de los dispositivos de gasificación en un tren de taladro (se ilustran 4 trenes), puede producir diferencias de presión a través de todo el depósito que desplacen de preferencia el petróleo de zonas de baja permeabilidad y lo conduzcan hacia los receptáculos de producción de forma más controlada que lo que se consigue actualmente con la tecnología EOR existente.

Según una propuesta adicional, de conformidad con la invención, el petróleo recuperado es sometido a un proceso de gasificación en una instalación de superficie y el gas es transportado para su almacenamiento o hasta una red de distribución (representada esquemáticamente en la Fig. 2) o se vuelve a inyectar en el yacimiento para facilitar la recuperación mejorada del petróleo (no representada).

Dicha instalación de superficie puede utilizar un proceso de gasificación de reformación de vapor que producirá un gas sintético muy limpio que será comparable al gas natural. El equipo de limpieza de gas adecuado asociado al equipo de gasificación deberá eliminar cualquier material condensable para su reprocesamiento. Esto reducirá la contaminación que puede estar presente en la canalización y por lo tanto minimizará los riesgos de posibles impactos en el medio ambiente en caso de escape en la canalización.

Se observa aquí una ventaja particularmente importante en la cual la producción de petróleo y el transporte de los hidrocarburos obtenidos del mismo en forma de gas, permiten la recuperación de un recurso valioso en las zonas sensibles del medio ambiente en las que normalmente se restringe la producción o se prohibe debido a la preocupación por el medio ambiente debido a los peligros asociados a las emisiones de crudo de las tuberías que son devastadoras para la flora y la fauna marinas locales.

El Syngas es una mezcla de hidrógeno, monóxido y dióxido de carbono con 0% a bajas concentraciones de gases de hidrocarburos. Se puede convertir el gas con el procedimiento Fischer-Tropsch utilizando catalizadores especializados para obtener hidrocarburos sintéticos "synfuels". No obstante, el uso de procedimientos de síntesis para producir combustibles no es una practica demasiado utilizada. Solamente se ha aplicado dicho procedimiento de síntesis a nivel industrial en Africa, utilizando carbón como recurso natural para iniciar el proceso.

Una planta de gas de síntesis convertirá gas natural en syngas a razón de hasta 4 veces el volumen de syngas por volumen de metano, después de permitir el reciclado del metano, la extracción de hidrógeno para refinar y gas combustible para los requisitos del proceso. Un aumento de cuatro veces el volumen de gas producido significa una reducción de cuatro veces el volumen de petróleo requerido para la gasificación. Así, para una explotación de baja producción, solamente unos 1000bbl (158987 litros) por día, se estima que únicamente se necesita gasificar como syngas 3,32 bbl (527,8 litros) por hora de petróleo. Teniendo en cuenta los precios actuales del petróleo (árabe) y los costes del gas natural, los procesos aquí propuestos son económicamente factibles.

Una ventaja importante de la invención reside en el hecho de que al producir gas a partir de petróleo, se puede obtener un producto más limpio. Esto significa que, en comparación con una red de distribución de petróleo, donde exista el riesgo de escape por una canalización fracturada o una junta dañada, un acontecimiento de esta índole en una tubería de gas solamente causa un escape de gas, sin las operaciones de limpieza del medio ambiente consiguientes que acarrea un escape de petróleo.

Claims (10)

1. Procedimiento para la gasificación en el fondo de un pozo de petróleo, que no sea crudo petrolífero pesado, en un yacimiento subterránea que comprende llevar una herramienta de gasificación que comporte un elemento calefactor resistivo alimentado eléctricamente en el interior de éste desde una instalación de producción de superficie bajando hasta el yacimiento subterráneo, llevar dicha herramienta a una proximidad operativa del petróleo en dicho yacimiento subterráneo y activar la herramienta para iniciar la gasificación en presencia de agua dentro de una gama de temperaturas predeterminada para generar los gases H_{2}, CO y CO_{2}.

2. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el cual los gases generados por el proceso de gasificación son recogidos por una tubería de retorno de gases que se encuentra entre la instalación de producción y el yacimiento subterráneo de modo que, por un extremo de dicha tubería, entre el gas acumulado por encima del petróleo para proporcionar una recuperación de gas a la instalación de producción de superficie.

3. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el cual se permite que los gases generados por el procedimiento de gasificación térmica se acumulen por encima del petróleo para formar presión, y se recoja el petróleo disponiendo una tubería de retorno de producción entre la instalación de producción de superficie y el yacimiento subterráneo, de modo que un extremo de dicha tubería penetre en el petróleo, hasta una profundidad suficiente para permitir la recuperación del petróleo para la instalación de producción de superficie.

4. Un procedimiento según la reivindicación 3, en el cual el petróleo recuperado es sometido a un proceso de gasificación en una instalación de superficie.

5. Un procedimiento según la reivindicación 4, en el cual el gas obtenido es nuevamente inyectado al yacimiento para facilitar una recuperación mejorada de petróleo.

6. Un procedimiento según la reivindicación 1 que comprende desplegar una herramienta para la gasificación del petróleo desde una instalación de producción de superficie, bajando hasta el yacimiento subterráneo, registrar los datos del emplazamiento de la herramienta con relación a su proximidad operativa del petróleo en dicho yacimiento subterráneo y disponer al menos una tubería de retorno para la recuperación selectiva de petróleo o de productos gaseosos a partir de dicho petróleo y activar el dispositivo de gasificación para provocar las siguientes reacciones:

C + H_{2}O \rightarrow CO + H_{2}

CO + H_{2}O \rightarrow CO_{2} + H_{2}

C_{p} H_{q} + H_{2}O \rightarrow pCO + qH_{2}

CO_{2} + C \rightarrow 2CO

CH_{4} + H_{2}O \rightarrow CO + 3H_{2}

CH_{4} + CO_{2} \rightarrow CO_{2} + H_{2}

acumulando de ese modo una presión gaseosa sobre el depósito.

7. Un procedimiento según la reivindicación 6, en el cual se despliega la herramienta de gasificación sobre un tren de taladro.

8. Un procedimiento según la reivindicación 7, en el cual se despliega una pluralidad de herramientas de gasificación en posiciones seleccionadas sobre un tren de taladro.

9. Un procedimiento según la reivindicación 6, en el cual se utilizan varios trenes de taladro para desplegar herramientas de gasificación con un patrón seleccionado con el fin de lograr un frente de gasificación controlado para conducir el petróleo hacia una instalación de producción.

10. Un procedimiento según la reivindicación 6 en el cual se recupera el petróleo presentando una tubería de retorno al petróleo y permitiendo que la presión de acumulación de gas conduzca el petróleo hasta la tubería de retorno.