ANÁLISE TECNO-ECONÔMICA USANDO O MÉTODO DE
COMBUSTÃO IN-SITU PARA RESERVATÓRIOS DE ÓLEOS
PESADOS
M. L. ROCHA1, E. A ARAUJO2 e J.L.M BARILLAS3
123 Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Centro de Tecnologia, Departamento de Engenharia do Petróleo
E-mail para contato: mirellinha_rocha@hotmail.com
RESUMO –A combustão in-situ é um método térmico utilizado na indústria de petróleo para reservatórios que possuem óleo com alta viscosidade. É uma técnica no qual o calor é produzido dentro do reservatório, diferente da injeção de fluido aquecido em que o calor é gerado na superfície e transportado para o reservatório. Neste tipo de processo, diferentes configurações que podem ser poços horizontais e/ou verticais. Sendo assim, o objetivo principal deste trabalho foi realizar uma análise experimental de diferentes parâmetros operacionais, usando três configurações de poços para o método CIS, com o intuito de maximizar o valor presente líquido. Foi encontrando que a vazão de injeção, o custo de compressão e o valor do óleo tem influência no VPL, mostrando que existe um valor máximo, que depende tanto da configuração de poços e da vazão de injeção.
1. INTRODUÇÃO
Do petróleo existente no reservatório, apenas uma porção pode ser recuperada, ficando a outra retida no reservatório. Para tentar minimizar essa retenção, um dos métodos utilizados são os térmicos, que têm como um dos objetivos reduzir a viscosidade do óleo a partir do fornecimento de calor, a fim de deslocar o mesmo até o poço produtor.
A Combustão in-situ é uma técnica de recuperação térmica de óleo na qual o calor é produzido dentro do reservatório, contrastando com a injeção de fluidos previamente aquecidos, onde o calor é gerado na superfície e transportado para o reservatório por meio de um fluido. No processo in-situ, uma pequena porção do óleo do reservatório entra em ignição, a qual é sustentada pela injeção contínua de ar. Como em qualquer reação de combustão, o comburente (oxigênio) se combina com o combustível (óleo) liberando calor e formando produtos como água e dióxido de carbono para uma reação completa (ROSA, 2006).
Nesse trabalho foi realizado um estudo da aplicação de combustão in-situ em um reservatório semi-sintético com características do Nordeste Brasileiro, com o objetivo de realizar uma análise tecno-econômica para três configurações de poços. Para o estudo, foi utilizado o simulador STARS (“Steam, Thermal, and Advanced Processes Reservoir Simulator”), do grupo CMG (“Computer Modelling Group”).
2. MODELAGEM DO RESERVATÓRIO E METODOLOGIA
Foi analisado um reservatório homogêneo com características do Nordeste Brasileiro. As dimensões da malha e as características do reservatório podem ser observadas na Tabela 1.
Tabela 1 - Dimensões da malha e propriedades da rocha-reservatório.
Características Sistema 3D Características Sistema 3D
Número total de blocos 21.525 Tamanho do bloco em k (m) Variável Dimensão em x (m) 200 Área do reservatório (m²) 80.000 Dimensão em y (m) 400 Profundidade do reservatório (m) 200
Dimensão em z (m) 35 Temperatura inicial (°C) 38
Numero de blocos em i 21 Contato água-óleo (m) 220
Tamanho do bloco em i (m) 9.52 Permeabilidade Horizontal (Kh, mD) 1000 Numero de blocos em j 41 Permeabilidade Vertical (Kv, mD) 0,1 x Kh
Tamanho do bloco em j (m) 9.75 Porosidade (%) 30
Numero de blocos em k 25 Pressão inicial @ 200 m (KPa) 1992 A Figura 1 mostra o reservatório estudado.
Figura 1 – Representação 3D do reservatório.
Os componentes utilizados na modelagem do fluido foram agrupados em 6 (seis) pseudocomponentes, sendo: óleo pesado (C40+), óleo médio (C20-39 e C10-19 ), óleo leve (C6-9, C4-5 e C1-3) e 4 (quatro) componentes: gás inerte (CO2 e N2), oxigênio (O2) e a água (H2O), e o coque (C).
A Tabela 2 apresenta os agrupamentos e a fração molar de cada componente e pseudocomponentes.
Tabela 2 – Agrupamento e percentual dos componentes.
Componentes Fração Molar Inicial (%) no reservatório
Componentes Fração Molar Inicial (%) no reservatório H2O 0 C4-5 0,32 O2 0 C6-9 0,26 CO2 0,40 C10-19 17,10 N2 0,15 C20-39 47,08 C1-3 8,73 C40+ 25,93
As reações químicas incluídas no modelo são mostradas nas equações 1-12. Dentre as reações químicas participantes no modelo, as sete primeiras representam as reações de oxidação que ocorrem no sistema. A reação sete envolve a oxidação do coque (C). Da oitava à décima segunda reação representam o craqueamento do óleo pesado (C21-40+) e óleo médio (C13-20). As reações químicas foram ajustadas no módulo Builder da CMG.
Eq 1: C40+ + → + Eq 7: + → + Eq 2: C20-39 + → + Eq 8: → + + 0.5299 + 15.836 Coque Eq 3: C10-19 + → + Eq.9 : → + + 7.471 Coque Eq 4: C6-9 + → + Eq.10: → + 4.228 Coque Eq 5: C4-5 + → + Eq. 11: → + +1.964 Coque Eq. 6: C1-3 + → + Eq. 12: → + 1.193 Coque
A energia de ativação e a entalpia das reações podem ser observadas na Tabela 3. Tabela 3- Energia de Ativação e Entalpia das reações químicas (Rojas, 2010).
Reações Energia de Ativação Entalpia da Reação Reações Energia de Ativação Entalpia da Reação
(BTU/lbmol) (BTU/lbmol) (BTU/lbmol) (BTU/lbmol) Eq 1 32.785 814.240 Eq 7 28.800 230.000 Eq 2 32.785 4.521.600 Eq 8 28.800 20.000 Eq 3 32.785 2.102.400 Eq 9 28.800 20.000 Eq 4 32.785 2.102.400 Eq 10 28.800 20.000 Eq 5 32.785 2.102.400 Eq 11 28.800 20.000 Eq 6 32.785 2.102.400 Eq 12 28.800 20.000 Foram analisadas diferentes configurações de poços e na Figura 2 podem ser observados os casos estudados.
Figura 2 - Configurações de poços.
• Configuração 1: Figura (a) apresenta 2 injetores e 6 produtores verticais
• Configuração 2:Figura (b) apresenta 2 injetores verticais e 2 produtores horizontais • Configuração 3: Figura (c) apresenta 3 injetores e 2 produtores horizontais
2.2 ANÁLISE DA VIABILIDADE TÉCNICO-ECONÔMICA
Para o estudo da análise de viabilidade técnico- econômica foi analisada a vazão de injeção de ar e mantida fixa a completação e a configuração dos poços. Foi realizada a estimativa de análise de custo para os casos que apresentaram melhor fator de recuperação em 25 anos de projeto. Para o cálculo do VPL foram utilizados os dados apresentados na Tabela 4.
Tabela 4 – Dados considerados para a análise de viabilidade técnica-econômica (ROCHA.2016)
Dados Valor Dados Valor
Preço do Dólar (US$) 3,12 Custo de Produção de água e tratamento (US$/m³STD)
3 Preço do petróleo (US$/bbl) 52,63 Custo com perfuração
Horizontal (US$) 1.000.000
Custo com eletricidade ar (US$/m³ STD) 0,01207 Custo com perfuração vertical
(US$) 500.000
Taxa de juros (TMA) 0,15 Custo da aquisição do compressor (US$)
285.000 Custo de Produção do óleo (US$/bbl) 5 Tempo do Projeto (anos) 25
O compressor pistão de alta pressão lubrificado CU/CT/CN da empresa ATLAS COPCO possui uma pressão de até 351 bar, potência 22-200 kW e uma vazão em torno de 453 L/s (40.000 m³/dia).
De posse dos dados do compressor, foi possível calcular o valor presente líquido para cada configuração de poços como mostra a Equação 13, a seguir:
Onde:
VPL: Valor Presente Líquido (US$) : Preço de venda óleo (US$/m³STD)
: Fluxo de caixa no período “n” : Custo de produção do óleo (US$/m³STD)
i: Taxa mínima de atratividade : Produção anual acumulada de água (m³STD) n: Número de períodos envolvidos no fluxo de
caixa
: Custo de produção da água (US$/m³STD)
: Custos iniciais : Produção anual acumulada de gás (m³STD)
: Produção anual acumulada de óleo (m³STD)
: Custo da eletricidade para injeção do ar (US$/m³STD)
Com os dados do VPL, foi possível calcular e encontrar para cada configuração de poços, qual a vazão de injeção de ar apresentava melhores resultados econômicos. A Figura 3 apresenta o fluxograma para as três configurações de poços e as vazões de injeção de ar utilizadas com concentração de oxigênio de 21%.
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES
3.1 CONFIGURAÇÃO 1 – 2 INJETORES E 6 PRODUTORES VERTICAIS
A Figura 3 mostra o valor presente líquido em função do tempo, para as diferentes vazões de injeção de ar para a configuração 1, cuja finalidade foi identificar qual sistema proporciona melhor resultado econômico.
Figura 3 - VPL para diferentes vazões de injeção para a configuração 1.
Na Figura 3 observa-se que a partir do 4ª ano de projeto o valor presente líquido passa a ser positivo. Foi observado que o melhor VPL foi obtido no final do projeto (24ª ano) para a vazão de injeção de ar de 40.000 m³STD/dia com valor de US$ 23.310.876, que apresenta um fator de recuperação em torno de 40% no ano de melhor retorno econômico.
4.2 CONFIGURAÇÃO 2 – 2 INJETORES VERTICAIS E 2 PRODUTORES HORIZONTAIS.
A Figura 4 mostra o valor presente líquido (VPL) em função do tempo para diferentes vazões de injeção de ar.
Figura 4 -VPL para diferentes vazões de injeção para a configuração 2.
De acordo com a Figura 4 o retorno econômico se deu a partir do 4ª ano de projeto. Foi observado que o melhor VPL foi obtido no final do projeto (25ª ano) para a vazão de injeção de ar de 70.000 m³STD/dia com valor de US$ US$ 27.635.000, que apresenta um fator de recuperação em torno de 51% no final do projeto.
4.3 CONFIGURAÇÃO 3 – 3 INJETORES E 2 PRODUTORES HORIZONTAIS
A Figura 5 mostra o valor presente líquido (VPL) em função do tempo para diferentes vazões de injeção de ar.
.
Na Figura 5 mostra que o retorno econômico do método se deu no 2º ano de produção. Para a configuração de poços 3, o melhor resultado obtido em termos de VPL se deu no décimo ano do projeto com uma vazão de injeção de 90.000 m³STD/dia sendo US$ 27.816.298,43 posteriormente a vazão de injeção de ar que proporcionou o segundo melhor VPL também no 10ª ano de projeto, foi a de 80.000 m³STD/dia, com VPL de US$ 27.597.735,39. A Tabela 5 resume os resultados melhores resultados obtidos na análise econômica para cada configuração de poços.
Tabela 5 – Comparativo dos melhores resultados do VPL.
Configuração de poços Tempo (Ano) Custo Inicial (US$) Qinj (m³STD/dia) VPL (US$) Conf. 1 24 2.285.000 40.000 23.310.871 Conf.2 25 3.498.750 70.000 27.635.007 Conf.3 10 4.641.250 90.000 27.816.298
A Tabela 5 mostra que a configuração 3 apresentou melhores resultados econômicos quando comparado com as demais configurações, apesar de possuir maior custo inicial e vazão de injeção de ar, conseguiu em menor tempo de projeto apresentar maior VPL. Isto se deve ao sistema possuir poços horizontais o que proporciona maior produção de óleo, pois estes poços conseguem varrer maior área do reservatório e, consequentemente, maior a produção de óleo.
4. CONCLUSÕES
• Para a configuração 1, a vazão de injeção de ar que apresentou melhor VPL foi de 40.000 m3/dia no 24o ano de projeto.
• Para a configuração 2, a melhor vazão de injeção que apresentou melhor VPL foi de 70.000 m3/dia no 25o ano de projeto.
• Para a configuração 3, a melhor vazão de injeção que apresentou melhor VPL foi de 90.000 m3/dia no 10o ano de projeto.
• Comparando a análise econômica realizada para as três configurações de poços, pode-se concluir que a configuração 3 apresentou melhores resultados em termos de VPL e em tempo menor de projeto, apesar de possuir maior vazão de injeção de ar e maior custo inicial.
5. REFERÊNCIAS
ROCHA, Mirella Lopes da – Análise Comparativa de Diferentes Configurações de Poços no
Processo de Combustão In-Situ. Dissertação de Mestrado, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Programa de Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Petróleo, Natal-RN, Brasil, 2016.
ROJAS, J.; RUIZ, J.; VARGAS, J.; Numerical Simulation of an Enhanced Oil Recovery Process of Toe to Heel Air Injection (THAI), PAPER SPE 129215, Conference at Oil & Gas West Asia held in Muscat, Oman, 2010.
ROSA, A. J.; CARVALHO, R. S.; XAVIER, J. A. D. Engenharia de Reservatórios de Petróleo. Rio de Janeiro: Interciência, 2006.
