INFLUÊNCIA DOS PARÂMETROS DE RESERVATÓRIO NO PROCESSO DE INJEÇÃO DE SOLUÇÃO MISCELAR NA RECUPERAÇÃO AVANÇADA DO PETRÓLEO

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1 4 o PDPETRO, Campinas, SP 4PDPETRO_2_1_ INFLUÊNCIA DOS PARÂMETROS DE RESERVATÓRIO NO PROCESSO DE INJEÇÃO DE SOLUÇÃO MISCELAR NA RECUPERAÇÃO AVANÇADA DO PETRÓLEO J. L. M. Barillas 1, H. O. Medeiros 1, T. V. Dutra. Jr. 1, W. Mata. 2 1 Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Departamento de Engenharia Química CT. Campus Universitário UFRN, Lagoa Nova, Natal/RN - Brasil, CEP: , jennys@eq.ufrn.br 2 Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Departamento de Engenharia Elétrica CT. Campus Universitário UFRN, Lagoa Nova, Natal/RN - Brasil, CEP: O aumento progressivo da demanda energética mundial é motivo para a busca, também crescente, do aprimoramento das técnicas de produção de petróleo; a procura pelo menor custo e maior eficiência possíveis na recuperação do óleo se faz necessário. Por conseguinte, também se torna indispensável um desenvolvimento cada vez maior das pesquisas acadêmicas relacionados aos métodos de produção de petróleo usados na indústria de exploração e produção de petróleo. Os métodos de recuperação avançada são processos constantemente empregados nos campos petrolíferos com o intuito de se alcançar uma maior produção possível do óleo ou gás contidos nos reservatórios de petróleo. A injeção de solução micelar, é um método químico de recuperação avançada, que consiste na injeção de uma solução aquosa de surfactante e depois de polímero, que promovem o deslocamento do óleo residual através da redução da tensão interfacial entre os fluidos contidos no reservatório devido ao surfactante e diminui a razão de mobilidade entre o óleo e a água graças ao polímero. Esta técnica tem se revelado eficiente em reservatórios com permeabilidades não muito baixas e tem sido utilizada na indústria do petróleo. No processo, o polímero é injetado depois da injeção de surfactante pra ajudar no deslocamento imiscível do banco micelar. Devido à complexidade do processo e a diversidade das características dos reservatórios de petróleo, vários fatores podem ter influência sobre o processo de injeção de tensoativo, com isso, uma ferramenta ideal para a análise deste processo nas mais variadas situações é o uso da simulação numérica. Utilizando o simulador comercial Stars, um simulador numérico trifásico de múltiplos componentes da Computer Modelling Group, foi realizado um estudo do processo de injeção de solução micelar em um reservatório modelado através de dados oriundos da literatura e de reservatórios do Nordeste Brasileiro. A partir disto, foi analisada a influência de diversos parâmetros de reservatório sobre o comportamento de produção de óleo, no fator de recuperação e na produção acumulada de óleo. As principais variáveis avaliadas foram: a saturação inicial de óleo, a permeabilidade, a viscosidade do óleo e a porosidade efetiva do reservatório. A avaliação da influência das variáveis consistiu de um planejamento experimental seguido de uma análise de superfície de resposta com o objetivo de apontar quais as variáveis mais influentes sobre a resposta representada pelo fator de recuperação de óleo. Encontrou-se que todas as variáveis influenciaram significativamente na recuperação de óleo. Através deste estudo é possível observar as melhores condições de reservatório para implantar o processo. IOR, modelagem de reservatórios, IFT, injeção de surfactantes 1. INTRODUÇÃO O processo de injeção micelar em reservatórios de óleo é um método químico que está sendo muito estudado na atualidade. O método consiste em promover o deslocamento do óleo residual que está contido no reservatório, através da injeção de uma solução aquosa que pode conter surfactante e polímero. Esta tecnologia está baseada no conceito da tensão de interfacial entre dois fluidos, a qual pode será alta entre o fluido injetado e o óleo do reservatório. Neste processo, o agente tensoativo promove uma diminuição da tensão interfacial entre os fluidos deslocante (água injetada) e deslocado (óleo residual) favorecendo o deslocamento do óleo residual. O procedimento consiste em injetar uma solução aquosa com surfactante e polímero com o propósito de formar um banco de fluido que desloca o óleo com baixa interfacial de tensão. O papel do polímero na solução é promover a diminuição da mobilidade de água, baixas concentrações desta substância ajudam a aumentar a viscosidade da água. A redução da mobilidade da água ajuda a minimizar os caminhos preferenciais criados pelo fluido injetado no óleo até o poço produtor. O deslocamento do banco de solução micelar no óleo pode ser observado esquematicamente na Figura 1.

2 4 o PDPETRO, Campinas, SP 4PDPETRO_2_1_ Injetor Solução Micelar Produtor Oil Water Figura 1: Processo de deslocamento da solução miscelar A aplicação de solução de micelar na recuperação de óleo foi mostrada, ao longo dos anos, não muito satisfatória. Isto aconteceu principalmente, devido aos custos altos dos produtos químicos usados no processo e também devido ao baixo preço do petróleo nas decadas dos 80 ' e 90 ' (Chapotin et al., 1986, Zhang et al., 2005). Porém, atualmente devido ao alto preço do petróleo, pode ser uma tecnologia viável em algumas situações, mas sendo necessários maiores estudos da aplicabilidade do processo principalmente em reservatórios de brasileiros. Este processo é considerado de alta complexidade, diversos fatores podem influenciar no processo, podendo estar diretamente relacionados à operação, como: o fluxo de volume injetado e a concentração de surfactante, até parâmetros relacionados ao reservatório, tais como: permeabilidade, porosidade e viscosidade de óleo (Huh et al., 1990, Medeiros, 2006, Rosa al de et., 2006), por isto, o uso da simulação numérica é uma ferramenta ideal para sua análise. Neste estudo, com ajuda de simulação numérica (programa Stars da CMG), foi estudada a influência de parâmetros de reservatório no processo de injeção micelar, com o objetivo de observar as melhores opções em aplicabilidade do processo. Para a análise foi utilizado um planejamento factorial e foram analisadas as superfícies de resposta no fator de recuperação do óleo. 2. MODELAGEM E DESCRIÇÃO DO PROCESSO Foi utilizado o simulador comercial Stars do Computer modelling Group-CMG para o estudo da influência dos parâmetros de reservatório no processo de injeção de micellar. O sistema considerado foi um modelo five spot invertido que consiste um injetor no centro e quatro poços produtores, na Figura 2 pode ser observado o modelo de poços e de malha utilizado. As dimensões da malha são: 200m x 200m x 26 m, as fronteiras do reservatorios foram consideradas fechadas ao fluxo de fluido, não existem reações químicas e não foram considerados sólidos no sistema. A malha foi dividada em 21x21x20 blocos. Figura 2: Modelo do processo de injeção micelar 3D. No sistema foram considerados quatro componentes: óleo, água, surfactante e polímero. As propriedades do reservatório e dos fluidos do modelo base são mostradas na Tabela 1, as permeabilidades relativas dos sistemas água óleo e gás - líquidos são mostradas na Figura 3 e Figura 4.

3 4 o PDPETRO, Campinas, SP 4PDPETRO_2_1_ Tabela 1: Propriedades do reservatório Propriedades Valor Permeabilidade horizontal (kh, md) 1000 Porosidade (φ) 0,28 Viscosidade do óleo (cp) 3,2 Saturação de óleo inicial 0,38 Sistema agua-petróleo Krw,Krow Sw Krw Krow Figura 3: Permeabilidade relativa do sistema água - óleo. Sistema gas-líquido Krg,Kro SL Krg Krog Figura 4: Permeabilidade relativa do sistema gás - líquidos. As condições de operação são mostradas na Tabela 2. Tabela 2: Condições de operação Vazão máxima de injeção (m 3 /dia) 80 Vazão de produção máxima (m 3 /dia) 80 Pressão mínima no poço produtor (KPa) 196 Tempo de produção (anos) 18 A partir de este modelo foram realizadas as simulações do processo de injeção de polímero e surfactante, variando alguns dos parâmetros de reservatório e foi analisada a influência destas variáveis no fator de recuperação do óleo. Na Tabela 3 se observam as variáveis analisadas e os intervalos onde elas foram estudadas. Estes valores foram obtidos de experiência em campo e de dados da literatura. A função objetivo foi o fator de recuperação de óleo (FR), que é calculado como a relação entre a produção acumulada de óleo e o volume original de óleo. Tabela 3: Intervalo de análise das propriedades de reservatório Variável Mínimo Máximo (-1) (+1) Permeabilidade horizontal (Kh, md) Saturação de óleo inicial 0,01 0,50 Viscosidade do óleo (cp) 3 50 Porosidade 0,16 0,50

4 4 o PDPETRO, Campinas, SP 4PDPETRO_2_1_ RESULTADOS A Figura 5 mostra o diagrama de Pareto dos efeitos estandardizados, pode ser observado que no sistema as quatro variáveis estudadas foram significativas, sendo estas: a saturação inicial de óleo (4-Soi), a porosidade (3- Por), a viscosidade do óleo (2-Visc) e a permeabilidade horizontal (1-Kh). A Kh foi a que menos afetou na resposta, e a Soi a que mais afetou na resposta do sistema. As interações 1-3, 1-4 e 1-2, que correspondem à interação da permeabilidade horizontal Kh com a porosidade (Por), ou com a saturação inicial de óleo, ou com a viscosidade, não foram estatisticamente significativas no processo, o que quer dizer que esta as variações nestas interações não afetam o processo de injeção micelar. (4)Soi (3)Por (2)Visc (1)Kh p=.05 Effect Estimate (Absolute Value) Figura 5: Diagrama de Pareto: Estudo de sensibilidade das variáveis no sistema A Figura 6 mostra a superfície de resposta da interação entre a saturação inicial de óleo (Soi) e a viscosidade de óleo (Visc) no fator de recuperação de óleo, pode ser observado que com uma baixa viscosidade (3 cp) do óleo somado e uma alta saturação inicial do óleo (0,53) a resposta é máxima, obtendo-se altas recuperações de óleo (em torno de 42%). Se a viscosidade é maior (50 cp) e a saturação inicial de óleo é baixa (0,30) a recuperação no sistema pode diminuir até 1%. Figura 6: Superfície de resposta interação entre a saturação inicial de óleo (Soi) e a viscosidade de óleo (Visc) no fator de recuperação de óleo A Figura 7 mostra a superfície de resposta da interação entre a saturação inicial de óleo (Soi) e a porosidade (Por) no fator de recuperação de óleo, pode ser observado que uma baixa porosidade (0,16) e uma alta saturação

5 4 o PDPETRO, Campinas, SP 4PDPETRO_2_1_ inicial do óleo (0,53) maximizam a resposta, obtendo-se altas recuperações de óleo (em torno de 45%), se a porosidade do reservatório é alta (0,50) e a saturação inicial de óleo é baixa (0,30), a recuperação no sistema pode diminuir até 0,1%. Figura 7: Superfície de resposta interação entre a saturação inicial de óleo (Soi) e a porosidade (Por) no fator de recuperação de óleo A Figura 8 mostra a superfície de resposta da interação entre a porosidade (Por) e a viscosidade do óleo (Visc) no fator de recuperação de óleo, pode ser observado que uma baixa porosidade do reservatório (0,16) somada a uma baixa viscosidade do óleo (3 cp) maximiza a resposta, obtendo-se altas recuperações de óleo (em torno de 42%). Se a porosidade do reservatório é alta (0,50) e a viscosidade do óleo é alta (50 cp), a recuperação no sistema pode diminuir até 0,1%. Figura 8: Superfície de resposta interação entre a viscosidade de óleo (Visc) e a porosidade (Por) no fator de recuperação de óleo A Tabela 4 mostra em ordem decrescente a melhor opção de parâmetros no reservatório no processo de injeção micelar estudado, após 17 anos de produção. Pode ser observado que dependendo das variáveis de reservatório é possível obter uma recuperação máxima de 57% ou uma recuperação de óleo mínima de 0,1%. No

6 4 o PDPETRO, Campinas, SP 4PDPETRO_2_1_ sistema estudado a maior FR (56%) encontrou-se em um sistema com permeabilidade de 1200 md, viscosidade de óleo de 3 cp, porosidade de 16% e de saturação inicial de óleo de 0,53. O menor FR foi encontrado no sistema com permeabilidade de 80 md, viscosidade de óleo de 50 cp, porosidade de 50% e de saturação inicial de óleo de 0,30. Esta tabela mostra que as variáveis incertas do reservatório podem influenciar em grande proporção na recuperação de óleo, por isto é sempre necessário fazer um estudo das características do reservatório e dos fluidos contido nele antes de aplicar qualquer processo de injeção micelar. Tabela 4: Fator de recuperação obtido após 17 anos de produção Simulação Kh Visc. do Porosidade, FR Soi (md) óleo (cp) Por (%) ,16 0,53 56, ,16 0,53 52, ,16 0,53 31, ,50 0,53 29, ,50 0,53 25, ,16 0,30 24, ,16 0,53 22, ,16 0,30 17, ,16 0,30 7, ,16 0,30 6, ,50 0,53 4, ,50 0,30 3, ,50 0,53 2, ,50 0,30 1, ,50 0,30 0, ,50 0,30 0,10 5. CONCLUSÃO O estudo dos parâmetros de reservatório neste modelo permite observar que as variáveis estudadas como: permeabilidade horizontal, saturação de óleo inicial, viscosidade de óleo e porosidade tiveram uma grande influência no fator de recuperação do óleo e dependendo da interação entre elas poderiam aumentar ou diminuir a recuperação de óleo. Uma diminuição da viscosidade aumenta recuperação de óleo, a recuperação de óleo diminui quando a porosidade efetiva do reservatório é alta, uma alta saturação de óleo inicial incrementa o fator de recuperação. A aplicação do processo de injeção de solução micelar vai depender das condições do reservatório e por isto é necessário fazer um estudo de cada sistema para fazer um optimization do método e das condições de operação segundo as variáveis de incerteza do reservatório. 6. AGRADECIMENTOS Os autores gostariam de agradecer o apoio técnico do: laboratório de estudos avançados de petróleo LEAP, do PPGEQ, e da UFRN, também pelo apoio financeiro a Capes e ao PRH14-ANP. 7. REFERÊNCIAS CHAPOTIN, D. et al., The Chateaurenard (France) Industrial Microemulsion Pilot design and Performance. Paper SPE Presented at 1986 Fifth Symposium on Enhanced Oil Recovery of Society of Petroleum Engineers and the Departamen of Energy. Tulsa, OK, April ZHANG, J., et al., An Efficient Reservoir Simulation Approach to Design and Optimize Improved Oil Recovery process with Distributed Computing. Paper Spe Presented at 2005 SPE Latin American and Caribean Petroleum Engineering Conference. Rio de Janeiro, Brazil, June

7 4 o PDPETRO, Campinas, SP 4PDPETRO_2_1_ HUH, C., et al., Simulation To Support Interpretation of the Loudon Surfactant Pilot Tests. Paper SPE Presented at th Annual Technical Conference and Exhibition of the Society of Petroleum Engineers. New Orleans, LA, September MEDEIROS, A. C. R. Avaliação de sistemas poliméricos em processos de recuperação de petróleo. Doctorate thesis (2006), Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Departamento de Química PPGQ. Natal, RN. ROSA, A. J., Carvalho, R. S., Xavier, J. A. D. Engenharia de Reservatórios de Petróleo. Editora Interciência, Petrobras (2006), Rio de Janeiro, RJ.. PARAMETERS RESERVOIR INFLUENCE IN MISCELAR SOLUTION INJECTION PROCES FOR IMPROVED OIL RECOVERY A progressive increase of the world energy requirement is one reason for improved recovery oil techniques; the search for smallest cost and larger efficiency on oil recovery is always necessary. Consequently, it becomes also indispensable a development every time larger of the academic researches related to oil production methods used in the exploration industry and oil production. These methods of oil improved recovery are constantly employed in oil reservoir fields with the intention of increase oil production or gas of oil reservoirs. The micellar solution injection process, is a chemical method of improved oil recovery, that consists of the injection of an aqueous surfactant solution and after a polymeric solution, that promote the displacement of the residual oil through the reduction of the interfacial tension between the fluids contained in the reservoir due to the surfactant action and it reduces the oil/water mobility ratio thanks to the polymeric. This technique has been revealing efficient in reservoirs with low permeabilities and it has been used in the petroleum industry. In this process the polymeric is injected after the surfactant solution in order to help the not miscible fluids displacement in the micellar bank. Due to the process complexity and different characteristics of oil reservoirs, several factors can have influence micellar solution injection process, with that, an ideal tool for process analysis for the most varied situations is the use of numeric simulation. Using the software "Stars", a numerical simulator of multiples components of Computer Modelling Group, a study of the micellar solution injection process was accomplished in an oil reservoir, modeled through data originating from literature and Brazilian Northeast reservoirs. The influence of several reservoir parameters in oil recovery factor and cumulated oil was analyzed. In this study the initial oil saturation, the horizontal permeability, the oil viscosity and the porosity was analyzed, and there influence on oil recovery and oil production. A design project was realized followed by an analysis of response surface in order to identifier which is it the most influential variable on the objective function represented by oil recovery. It was founded that all four variables had influenced significantly on oil recovery. Through this study it is possible to observe the best reservoir conditions to implant the process. IOR, reservoir modeling,surfactant injection Os autores são os únicos responsáveis pelo conteúdo deste artigo.