Tesis:
Desarrollo de formulación de surfactantes para condiciones de yacimiento adversas y determinación de parámetros de simulación
- Autor: RONCORONI, Miguel Angel
- Título: Desarrollo de formulación de surfactantes para condiciones de yacimiento adversas y determinación de parámetros de simulación
- Fecha: 2023
- Materia:
- Escuela: E.T.S.I. DE MINAS Y ENERGÍA
- Departamentos: ENERGIA Y COMBUSTIBLES
- Acceso electrónico: https://oa.upm.es/76791/
- Director/a 1º: RODRÍGUEZ PONS-ESPARVER, Ramón
- Director/a 2º: MAZADIEGO MARTÍNEZ, Luis Felipe
- Resumen: Las dudas sobre el devenir de los tiempos son inherentes al ser humano. Casi constantemente, y como resultado del instinto natural de supervivencia, cada persona se realiza preguntas que tienden a construir una idea sobre cómo será la futura evolución de sí mismo y aquello que lo rodea. Esta curiosidad natural, llevada desde lo particular a lo general, es aquella que da como resultados la construcción de hipotéticos escenarios sobre el futuro de la humanidad, y en particular el del estado de conservación y habitabilidad de nuestro planeta.
Como respuesta, a lo largo de la historia existe una diversidad de escenarios y enfoques que dieron pie a la publicación de un amplio espectro de artículos y teorías. Desde aquellos que plantean que el hombre es capaz de acometer su bienestar tanto de manera individual como grupal, gracias al crecimiento proveniente de su accionar orientado a concretar las oportunidades de renta y a los saltos tecnológicos que provocan las oleadas de innovaciones, hasta aquellos que plantean que este crecimiento se encuentra limitado tanto por las capacidades físicas del planeta como por el principio económico de rendimientos decrecientes.
En particular este último enfoque es el que viene teniendo una prevalencia sostenibilidad luego de observar, mediante la realización de diferentes experimentos especializados, comportamientos anómalos en variables clave para la vida humana. Dicho concepto expresa que, en un planeta cuyos recursos naturales y capacidades son limitadas, no es posible continuar indefinidamente en el tiempo con las dinámicas de crecimiento y desarrollo poblacional que se venían aplicando durante los años anteriores. De esta manera, el foco de los posteriores estudios e implementaciones de las actuales y nuevas tecnologías energéticas se orientó en determinar si las mismas se adecúan o no respecto a este concepto, inaugurando los estudios de ciclo de vida y análisis de impacto ambiental.
Diversas métricas y objetivos técnico-económicos se han establecido a lo largo de los últimos años para lograr esta visión, siendo su expresión ultima los universalmente directo en el paradigma tecnológico energético actual, como pueden ser: Garantizar el acceso a una energía asequible, segura, sostenible y moderna; Adoptar medidas urgentes para combatir el cambio climático y sus efectos; Garantizar modalidades de consumo y producción sostenibles; entre otros.
Ante este panorama, la obtención y uso de los combustibles fósiles como fuente de energía está siendo cuestionada debido a su contribución negativa al fenómeno del cambio climático, fundamentalmente en la emisión de gases de efecto invernadero. Se plantea la necesidad de cambiar lo más rápidamente posible hacia fuentes de energía más sostenibles hasta el punto en que, idealmente, se pueda prescindir del petróleo y sus derivados como fuente primaria de energía. Sin embargo, y a pesar del acuerdo sobre las consecuencias, los principales especialistas del sector remarcan la imposibilidad de concretar esta ambición, no solo por no ser conveniente económicamente sino también por la necesidad de adoptar nuevas tecnologías que hoy o no existen o no son capaces de proveer el mismo rendimiento que el petróleo. El periodo de transición energética queda, pues, inaugurado. Durante el mismo será necesario no solamente el consumo responsable de los hidrocarburos y sus derivados, sino también conseguir procesos eficientes para su obtención.
Como consecuencia, se abre una ventana para el desarrollo de nuevas técnicas no solo relativo al uso de los hidrocarburos, sino también a los procesos de obtención de estos, en pos de generar una disminución del impacto en el ciclo de vida de la tecnología. En particular, es especialmente interesante explorar procesos de recuperación mejorada de petróleo, en pozos donde se verifica un alto potencial de extracción, con un esfuerzo considerablemente menor al de proceder a la exploración de otros potenciales pozos. Este proceso consiste en la extracción de hidrocarburos, posteriormente a la recuperación primaria, mediante inyección de fluidos apropiados a las condiciones particulares de cada reservorio.
El presente trabajo tiene por objeto caracterizar los parámetros que tienen influencia en el rendimiento de la técnica de inyección de agua alternada con gas asistida por espuma (abreviado como FAWAG ó SAG por sus siglas en inglés), enfocado en el ensayo de distintas formulaciones sobre rocas comerciales de mineralogía similar a las presentes en el reservorio objetivo. Se pretende como resultado obtener parámetros lo suficientemente representativos para utilizarlos en modelos que permitan hacer la simulación de la implementación de la técnica en un reservorio.
El primer capítulo da una visión global sobre las técnicas de recuperación mejorada actualmente desarrolladas, haciendo hincapié sobre la necesidad de realizar los estudios adecuados de adaptación al reservorio centrándose en sus condiciones particulares, tales como: la salinidad de la salmuera presente, la mineralogía de las rocas que componen sus distintos estratos y la composición del hidrocarburo presente.
El segundo capítulo se enfoca en el diseño y desarrollo de una formulación que tolere las condiciones particulares del reservorio objetivo. Para esto se criba entre diferentes productos comerciales mediante ensayos de laboratorio estáticos y dinámicos (coreflooding), con el objetivo de obtener la proporción óptima de surfactante y cosurfactante.
Finalmente, el tercer capítulo abarca la realización de ensayos dinámicos de coreflooding para caracterización de la generación y propagación de la espuma en medio poroso, generada por la formulación obtenida en el capítulo anterior. Los resultados de estos ensayos se convierten en un valor de referencia para la simulación computarizada del proceso, con el fin de realizar el ajuste histórico de los principales parámetros que definen el modelo empírico utilizado por el software de simulación CMG-GEM.
En conclusión, la metodología presentada en este trabajo nos ha llevado al diseño de una formulación prometedora para aplicaciones de espuma-EOR. El compuesto desarrollado ha demostrado ser una fórmula robusta con mayor resistencia a la salinidad, mayor tolerancia al crudo y un rango más amplio de aplicabilidad de la calidad de la espuma.
Con esta formulación se han obtenido los parámetros fundamentales que componen el modelo empírico de espumas del simulador CMG-GEM. Fue posible estudiar y simular el efecto de las siguientes variables: concentración del surfactante, la velocidad intersticial, calidad de la espuma, composición del gas y presencia del crudo. Los resultados de la simulación permitieron hacer el ajuste histórico de los parámetros con los resultados del laboratorio y determinar los valores que caracterizan el comportamiento de la espuma según el modelo empírico antes mencionado.
Como consecuencia el trabajo proporciona una base de partida para la simulación futura de una prueba piloto en campo de esta tecnología, permitiendo la evaluación de costebeneficio de una futura implementación en reservorio.
ABSTRACT
Doubts about the future of time are inherent to the human being. Almost constantly, and as a result of the natural survival instinct, each person asks themselves questions that tend to build an idea about what the future evolution of themselves and what surrounds them will be like. This natural curiosity, taken from the particular to the general, is the one that results in the construction of hypothetical scenarios about the future of humanity, and in particular the state of conservation and habitability of our planet.
In response, throughout history there is a diversity of scenarios and approaches that have given rise to the publication of a wide spectrum of articles and theories. From those who argue that man is capable of undertaking his well-being both individually and as a group, thanks to the growth coming from his actions aimed at realizing income opportunities and the technological leaps caused by waves of innovations, to those who argue that This growth is limited both by the physical capacities of the planet and by the economic principle of diminishing returns.
In particular, this last approach is the one that has had a notable prevalence since the 1970s in the 20th century, where the concept of sustainability is introduced after observing, through different specialized experiments, anomalous behaviors in key variables for the human life. This concept expresses that, in a planet whose natural resources and capacities are limited, it is not possible to continue indefinitely over time with the dynamics of population growth and development that had been applied in previous years. In this way, the focus of the subsequent studies and implementations of the current and new energy technologies was oriented to determine if they are adequate or not with respect to this concept, inaugurating the life cycle studies and environmental impact analysis.
Various metrics and technical-economic objectives have been established over the last few years to achieve this vision, the latest expression of which is universally known as the "2030 Sustainable Development Goals". Some of these have a direct impact on the current energy technology paradigm, such as: Guaranteeing access to affordable, safe, sustainable and modern energy; Take urgent measures to combat climate change and its effects; Guarantee sustainable consumption and production patterns; among others.
Given this panorama, the obtaining and use of fossil fuels as an energy source is being questioned due to its negative contribution to the phenomenon of climate change, mainly in the emission of greenhouse gases. There is a need to change as quickly as possible towards more sustainable energy sources to the point where, ideally, oil and its derivatives can be dispensed with as a primary source of energy. However, and despite the agreement on the consequences, the main specialists in the sector stress the impossibility of realizing this ambition, not only because it is not economically convenient but also because of the need to adopt new technologies that today either do not exist or are not capable of provide the same performance as oil. The energy transition period is thus inaugurated. During it, it will be necessary not only to consume hydrocarbons and their derivatives responsibly, but also to achieve efficient processes to obtain them.
Consequently, a window is opened for the development of new techniques, not only related to the use of hydrocarbons, but also to the processes for obtaining them, in order to generate a positive impact on the life cycle of the technology. In particular, it is especially interesting to explore enhanced oil recovery processes, in wells where there is a high extraction potential, with considerably less effort than proceeding to explore other potential wells. This process consists of the extraction of hydrocarbons, after the primary recovery, through the injection of appropriate fluids for the particular conditions of each reservoir. The purpose of this work is to characterize the parameters that have an influence on the performance of the foam-assisted alternating water injection technique with gas (abbreviated as FAWAG or SAG), focused on the testing of different formulations on rocks. mineralogy similar to those present in the target reservoir. As a result, it is intended to obtain sufficiently representative parameters to use them in models that allow the simulation of the implementation of the technique in a reservoir.
The first chapter gives an overview of the currently developed improved recovery techniques, emphasizing the need to carry out adequate studies of adaptation to the reservoir, focusing on its particular conditions, such as: the salinity of the brine present, the mineralogy of the rocks that make up its different strata and the composition of the hydrocarbon present.
The second chapter focuses on the design and development of a formulation that tolerates the particular conditions of the target reservoir. For this, it is screened between different commercial products through static and dynamic laboratory tests (coreflooding), with the aim of obtaining the optimal proportion of surfactant and cosurfactant.
Finally, the third chapter covers the performance of dynamic coreflooding tests to characterize the generation and propagation of the foam in a porous medium, generated by the formulation obtained in the previous chapter. The results of these tests become a reference value for the computerized simulation of the process, in order to carry out the historical adjustment of the main parameters that define the empirical model used by the CMG-GEM simulation software.
In conclusion, the methodology presented in this work has led us to the design of a promising formulation for EOR-foam applications. The developed compound has proven to be a robust formulation with higher resistance to salinity, higher tolerance to crude oil and a broader range of foam quality applicability.
With this formulation, the fundamental parameters that make up the empirical foam model of the CMG-GEM simulator have been obtained. It was possible to study and simulate the effect of the following variables: surfactant concentration, pore velocity, foam quality, gas composition, and presence of crude oil. The results of the simulation allowed to make the historical adjustment of the parameters with the results of the laboratory and to determine the values that characterize the behavior of the foam according to the aforementioned empirical model.
As a consequence, the work provides a starting point for the future simulation of a pilot test in the field of this technology, allowing the cost-benefit evaluation of a future implementation in a reservoir.