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Monitoreo del Proceso de Inyección de vapor con Tecnología DTS en Campos de Crudo Pesado en Colombia

Los yacimientos de crudo pesado tienen particularmente problemas asociados al porcentaje de recuperación de crudo, básicamente asociados a su densidad y viscosidad, por lo tanto, es deseable usar técnicas que permitan el barrido adecuado del yacimiento para maximizar la recuperabilidad del aceite.  La técnica más común para aumentar la temperatura del yacimiento, reducir viscosidad del aceite y aumentar la movilidad de los fluidos, es obtenida a partir de procesos de inyección de vapor, aire, oxígeno y agua caliente.  Cada uno de estos procesos podrán tener variaciones, por ejemplo: inyección de vapor cíclica, continua, combustión in situ, entre otros.

 El frente de calor generado al inyectar fluidos o gases de alta temperatura y la dispersión de este dentro del yacimiento, será principalmente regida por las variables geológicas del reservorio, que en la mayoría de los casos parten de modelos estáticos. Para generar un modelo energético o modelo para determinar la entalpia en la zona productora que permita obtener un dato con mayor coherencia del frente de calor y dispersión, se asume que el yacimiento tiene un gradiente geotérmico constante, entonces, el incremento térmico a cada zona de inyección, estaría relacionado con el volumen de vapor o fluido caliente inyectado por cada zona relacionado con el tipo de transporte de calor, ya sea por convección o conducción; un método óptimo para el cálculo de fluido inyectado en cada zona se basa en medir la temperatura a lo largo de la longitud del pozo en el periodo de remojo, durante un periodo prolongado que permita establecer el transiente térmico de cada zona hacia el gradiente geotérmico teórico.  Los modelos tradicionales asumen los valores de temperatura constantes para cada zona de admisión de vapor.

En Colombia se ha implementado la técnica de monitoreo DTS en algunos campos de crudo pesado con inyección de vapor cíclica y continua en pozos altamente desviados, viscosidad promedio de 6500 cP y temperatura de fondo promedio de 600°F, permitiendo medir la temperatura a lo largo de todo el pozo, identificando las zonas de admisión, pérdidas totales de energía en forma de calor e integridad del pozo.

Con la construcción de un perfil térmico se monitorean los cambios de entalpia en tiempo real y de forma continua y se toman decisiones respecto a la presión y temperatura de inyección en superficie para asegurar que el vapor llegue a toda la zona de interés y en las condiciones requeridas.

Aplicación temperatura distribuida en minería subterránea

Monitoreo y prevención

El monitoreo de la temperatura de una mina tiene como principal objetivo prevenir accidentes dentro de esta, garantizando así la salud y seguridad en el ambiente de la mina.

Cuando la temperatura de la mina está en crecimiento, es notable que ocurran algunos cambios físicos o químicos en el interior de esta que de no ser evaluados y controlados ocasionarán desastres de gran magnitud para el proyecto. Las principales fuentes de peligro que desencadenan aumento en la temperatura son de origen antropogénico o naturales, tales como: polvo de carbón, voladuras, presencia de oxígeno y gas metano provocando de esta manera combustión espontánea, oxidación termal y explosiones dentro de la mina.

El perfil de temperatura generado por el sistema de medición con fibra óptica, sirve para examinar y planificar el sistema de ventilación de la mina, dando respuesta inmediata cuando hay variación de la temperatura en cualquier punto a lo largo de su longitud.  La resolución de medida y la resolución espacial dependerá del interrogador seleccionado (considerando una óptima selección de la fibra óptica para el proyecto).

Aplicación en pozos inyectores de vapor

Visualización y verificación

La fibra óptica puede soportar ambientes hostiles de alta temperatura (600°F) debido a los componentes que se utilizan para su construcción y a la armadura sobre la cual se encuentra instalada.  Esta capacidad la hace óptima para realizar el monitoreo de pozos con inyección de vapor.

Los sistemas interrogador-fibra óptica permiten obtener los perfiles de temperatura a lo largo del pozo durante los periodos de inyección, remojo y producción de forma continua, facilitando de esta manera los cálculos de calidad de vapor, perfil de distribución de inyección y seguimiento del frente de vapor durante la inyección.

Al visualizar en tiempo real el frente de vapor, se pueden tomar decisiones respecto a la presión y temperatura de inyección para asegurar que el vapor llegue a toda la zona de interés y en las condiciones requeridas. 

Otras aplicaciones de la fibra óptica en pozos con inyección de vapor:

  • Verificación del aislamiento/hermeticidad del completamiento, identificando pérdidas de calor a través del mismo.
  • Verificación de la integridad del completamiento de inyección verificando punto de pérdida de inyección.
  • Pozos observadores: determinar el avance del frente de calor en el yacimiento.
  • Pozos inyectores: determinar temperatura del vapor en la zona de inyección y zonas de inyección.
  • Pozos productores: determinar zonas preferenciales de inyección, zonas de producción y temperatura del fluido producido.

 

Teoría de dispersión de la luz en la fibra óptica

Fibra óptica y el espectro electromagnético

El principio de operación de los sensores de fibra óptica distribuida es basado en un pulso de luz que viaja a través de la fibra óptica y se dispersa en el medio, esta dispersión se da en todas las direcciones de la estructura cilíndrica de la fibra e incluso una porción de esta viaja en dirección contraria a la de la luz incidente, la cual es llamada luz retrodispersada; esta tiene un espectro electromagnético que es detectado por los dispositivos de interrogación, (estarán ubicados en el mismo sistema de lanzamiento del pulso de luz), los cuales poseen sistemas de medidas basados en tres tipos de dispersión; Rayleigh, Raman o Brillouin. Las variaciones en la reflexión característica del pulso de luz dentro de la fibra óptica, dependen de factores que afectan el material mismo tales como temperatura, vibración y tensión.

En el espectro electromagnético las dispersiones Raman y Brillouin tienen dos componentes: stokes y anti-stokes, para el caso Raman el componente anti-stokes es termo-dependiente y a medida que la intensidad de la onda aumenta, también la temperatura aumenta, mientras que los stokes permanecen casi invariables con cambios térmicos, entonces, con la relación directa de ambos componentes se mide la temperatura en cualquier punto de la fibra óptica.

Los sistemas de adquisición basados en esta dispersión Raman son conocidos como DTS (Distributed Temperature Sensors). Los sistemas conocidos como Distributed Strain Sensors (DSS), funcionan mediante la detección de la dispersión Brillouin en la cual se detecta el cambio de frecuencia de la luz retrodispersada con respecto a la frecuencia de la luz incidente, esta relación es dependiente de la tensión en el componente anti-stokes e independiente de éste en los stokes.

Existen también dispositivos conocidos como DTSS (Distributed Temperature and Strain Sensors) que usan la dispersión Brillouin, la cual es dependiente de la tensión y la temperatura en sus componentes stokes y anti-stokes.

La dispersión Rayleigh es la principal señal retrodispersada y es acústico-dependiente, la tensión y la temperatura son medibles con la adecuada identificación de la onda de arribo al dispositivo, estos usualmente reciben el nombre de DVS (Distributed Vibration Sensors) o DAS (Distributed Acoustic Sensors).

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