Modelo matemático de la recuperación de aceite mediante combustión In-Situ en sistemas homogéneos y fracturados.
En este trabajo se propuso un modelo matemático multifásico y multicomponente, para la recuperación de aceite mediante el proceso de combustión in-situ (CIS). La metodología se enfocó a escala de laboratorio, en sistemas homogéneos y sistemas fracturados.
El modelo matemático incluyó ecuaciones de balance de masa para el agua, vapor de agua, aceite, oxígeno, gas inerte (COx, N2) y coque, y una ecuación de energía. Además, se considera una reacción de craqueo del aceite y una reacción de combustión del coque.
Asimismo, el modelo matemático se resolvió numéricamente utilizando la técnica de elemento finito. Así como el módulo de solución de ecuaciones diferenciales parciales (EDP) de un simulador de dinámica de fluidos computacional.
Del mismo modo, la validación del modelo matemático se realizó utilizando información de trabajos de simulación y experimentales reportados en la literatura especializada. Se usó para estudiar: (1) el flujo mínimo de aire que permite sostener el frente de combustión en un sistema homogéneo; (2) los flujos máximo y mínimo de aire que permiten aplicar el proceso de combustión in-situ en un sistema fracturado; y (3) la formación de un frente de combustión en la fractura.
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En general, se encontró que: (1) el modelo matemático permite predecir de manera razonable el proceso de CIS tanto para un sistema homogéneo, como para un sistema matriz-fractura. (2) para el sistema homogéneo simulado, el flujo mínimo de inyección de aire para que se propague el frente de combustión es de 2.84E-4 kg/m2·s. (3) en un sistema fracturado el oxígeno penetra desde la fractura hacia la matriz por el mecanismo de difusión, la concentración molar de oxígeno muestra una forma cónica; y se forman frentes de combustión tanto en la matriz como en las fracturas.
El modelo matemático planteado en este trabajo, permitió predecir de manera razonable el proceso de CIS para un sistema homogéneo y para un sistema matriz-fractura.
Para el sistema homogéneo simulado en este trabajo, se encontró que el flujo mínimo de inyección de aire que permite sostener la propagación del frente de combustión es de 3.5E-6 m3/s.
Para un sistema fracturado, se concluye lo siguiente:
El oxígeno penetra desde la fractura hacia la matriz por el mecanismo de difusión. Debido a la canalización de aire a través de la fractura, la concentración molar de oxígeno muestra una forma cónica.
El análisis de flujo máximo y mínimo de inyección de aire en un sistema matriz-fractura mostró que flujos mínimos de inyección de aire a 3.5E-6 m3/s; no permiten la propagación del frente de combustión. Sin embargo, los flujos mayores a 2.233E-5 m3/s permiten acortar el tiempo de inyección de aire a 12 h; dado que para periodos mayores de inyección de aire no se incrementa la recuperación de aceite.
Finalmente, la distribución de la temperatura en la matriz y las fracturas indicaron que es posible que varios frentes de combustión sean auto sostenibles en sistemas fracturados; cuya propagación depende del flujo de inyección de aire y de la permeabilidad en la fractura.
Los ingenieros Octavio Cazarez Candia y Pedro Fernando Aguilar Gastelum en el Congreso Mexicano del Petróleo (CMP).
