Modelamiento del flujo y generación de espumas en medios porosos usando surfactante disperso en gas

Abstract

La generación y flujo de espumas en medios porosos es un método probado para mejorar la eficiencia de flujo de fluidos de desplazamiento en procesos de recobro mejorado y la efectividad de fluidos tratamiento en procedimientos de intervención a pozos. Los métodos más usados para generar la espuma son el método SAG y la co-inyección. Aunque estas operaciones resultan en buena producción incremental, los costos de implementación son altos debido a la retención de espumante en la matriz de roca y a costos asociados a la implementación como facilidades de superficie. Una forma de reducir los costos en las operaciones de Conformance con espumas es mediante la inyección de surfactante disperso en la fase gas en un proceso llamado “Espumas Dispersas”. Los datos experimentales obtenidos en laboratorio usando núcleos de roca prueban que la técnica de espumas dispersas puede reducir significativamente la retención de surfactante en la matriz de roca y aumentar efectivamente la producción incremental de crudo. Este incremento no solo significa que se forma espuma, sino que también esta espuma es lo suficientemente estable para bloquear los canales de flujo preferenciales y aumentar la eficiencia de desplazamiento. Adicionalmente, el escalamiento del proceso desde laboratorio hasta condiciones de campo es muy simple y reduce significativamente los costos operacionales del proceso. Debido a que son pocas las pruebas de laboratorio y los casos de campo donde se usan espumas dispersas la incertidumbre para la implementación de este proceso es muy elevada. Incluso los modelos de generación y flujo de espumas que se reportan en la literatura no tienen en cuenta todos los fenómenos asociados necesarios para este proceso, incluyendo la transferencia másica de surfactante y agua entre la fase gaseosa y la fase acuosa y la estabilidad de lamelas a bajas saturaciones de agua. Por esta razón, el desarrollo de un modelo mecanistico es la clave para entender los fenómenos asociados a la generación de espumas usando espumante disperso. En este trabajo, se desarrolló un modelo matemático de generación y flujo de espumas usando inyección de espumante disperso, el modelo desarrollado considera la transferencia del tratamiento presente en la fase gas en forma de gotas mediante el mecanismo de interceptación. El modelo tiene en cuanta adicionalmente los fenómenos de adsorción/desorción de químico espumante en condiciones dinámicas usando un modelo cinético de primer orden, y la generación, coalescencia y transporte de espumas usando un modelo de balance de población. El modelo de espumas dispersas desarrollado puede ser usado para cuantificar el posible factor de recobro en un proceso EOR y la efectividad de un tratamiento de inyección con espumas dispersas.

Abstract: Foam generation and transport in porous media is a proven method to improve the sweep efficiency of a Flooding fluid in EOR process and the effectiveness of a treatment fluid in well intervention procedures. The foam in the porous media is often generated using SAG (Surfactant alternating gas) or Co-injection. Although these operations result in excellent incremental production, the profit losses are high due to surfactant retention and lack of water injection facilities in the target fields. One way of reducing the costs of foam generation operations is by injecting the foamer/surfactant solution disperse throughout the gas phase in a process called “Disperse Foam”. Core flooding experimental results have proven that disperse foam techniques reduce the foamer/surfactant retention and increases cumulative oil production. This increase means that not only is the foam being generated but also it is blocking the high mobility channels and enhancing the sweep efficiency. Additionally, the upscaling from laboratory to field injecting conditions is very simple and reduces significantly operational costs of the process. Because few laboratory core flooding tests and field pilots have been implemented using the disperse foam technique, there is a high level of uncertainty associated with the process. Moreover, the models reported in the literature do not account for all the associated phenomena, including the surfactant transfer between the gas and liquid phases, and the lamellae stability at low water saturations. For this reason, the development of a mechanistic disperse foam model is the key to understand the phenomena related to disperse foam field operation. In this work, we developed a mathematical model that accounts for the foamer mass transference between the gas and liquid phases in a non-equilibrium state with a particle interception model. Also, the reversible and irreversible adsorption of surfactant on the rock surface in dynamic conditions with a first order kinetic model. And, the foam generation, coalescence and transport using a population balance mechanistic model. This dispersed foam model was used in order to quantify the increase in the recovery factor and the effectiveness of a well intervention treatment with disperse foam technique