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Title:
SYSTEM FOR GENERATING SUPERHEATED STEAM USING HYDROGEN PEROXIDE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2015/193726
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a system for generating superheated steam using hydrogen peroxide, formed by: a container for storing hydrogen peroxide, which stores a solution of peroxide that is used during the reaction to generate superheated steam; a hydrogen peroxide discharge pump connected to the storage container by a first connecting duct, said discharge pump being used to pump the hydrogen peroxide solution to a reaction container via a second connecting duct; and a steam generating reaction container or reactor, in which the reaction takes place and the superheated steam is generated, said reaction container or reactor receiving the hydrogen peroxide solution in order for the reaction to take place and the superheated steam to be generated and subsequently conveyed through a nozzle and outlet duct towards installations that are to undergo cleaning and/or stimulation.

Inventors:
AVALOS-GARCÍA JUAN JESÚS (MX)
VON-JESS-NUNEZ MARIA YOKASTA (MX)
Application Number:
IB2015/001023
Publication Date:
December 23, 2015
Filing Date:
June 22, 2015
Export Citation:
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Assignee:
AVALOS-GARCÍA JUAN JESÚS (MX)
VON-JESS-NUNEZ MARIA YOKASTA (MX)
International Classes:
C01B3/38; B01J8/00; E21B43/114; E21B43/243; F22B3/00
Domestic Patent References:
WO2007015070A12007-02-08
WO2009013514A12009-01-29
WO2005075342A12005-08-18
Foreign References:
US2680487A1954-06-08
US20090223678A12009-09-10
US20090008090A12009-01-08
Attorney, Agent or Firm:
ROMERO-MIRANDA, José Antonio (MX)
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Claims:
NOVEDAD DE LA INVENCIÓN

REIVINDICACIONES

1. - Un sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrógeno, caracterizado porque comprende un contenedor de almacenamiento de peróxido de hidrogeno, en donde se almacena una solución de peróxido que se utilizará durante la reacción para generar el vapor de agua sobrecalentado; una bomba de descarga de peróxido de hidrógeno que se encuentra Ínte.rconectada al contenedor de almacenamiento mediante un primer ducto de interconexión, la bomba de descarga empleándose para bombear la solución de peróxido de hidrogeno hacia un contenedor de reacción mediante un segundo ducto de interconexión; un contenedor de reacción generador de vapor o reactor, en donde se lleva al cabo la reacción y se genera el vapor sobrecalentado, que recibe la solución de peróxido de hidrógeno para que se efectúe la reacción y se genere el vapor de agua sobrecalentado para ser enviado mediante una boquilla y un ducto de salida, hacia las instalaciones que serán sometidas a limpieza y/o estimulación.

2. - Un sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrógeno, de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque el contenedor de reacción o reactor incluye una cámara de reacción en su interior, en donde se colocan una pluralidad de reactivos, los cuales son cargados previamente antes de iniciar la reacción con el peróxido de hidrógeno; asi como una boquilla y un ducto de venteo, para permitir la salida de los gases durante la reacción, o bien, en caso de emergencia.

3. - Un sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrógeno, de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque para la interconexión entre el sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado y las Instalaciones que serán sometidas a limpieza y/o estimulación, se emplea por lo menos un ducto de interconexión.

4. - Un sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrógeno, de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque el sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado cuenta además con un panel de control que se encuentra interconectado a un sistema de inyección de peróxido para regular el flujo de suministro de la solución de peróxido al contenedor de reacción, así como al motor de la bomba de descarga para operar y/o detener la bomba en caso de emergencia; además de contar con por lo menos un par de indicadores de temperatura y presión.

5. - Un sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrógeno, de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque para facilitar el traslado del sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado al sitio donde se realizará el procedimiento de limpieza y/o estimulación sus componentes se fijan sobre una plataforma o patín estructural, al ser por sus dimensiones un sistema compacto y portátil, que para su traslado requiere un vehículo automotriz cuya capacidad sea de por lo menos 1.5 toneladas o un remolque cuya capacidad sea de por lo menos 3 toneladas.

6. - Un sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrógeno, de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque la solución de peróxido de hidrógeno requerida para la generación del vapor de agua sobrecalentado, se encuentra almacenada en el contenedor de almacenamiento en una concentración que va de entre 30% a 70% en peso.

7. - Un sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrógeno, de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque ía pluralidad de compuestos o reactivos que reaccionan con s! peróxido de hidrógeno se encuentran contenidos a manera de bloques dentro de la cámara de reacción y tienen una vida útil de hasta 10 intervenciones o 15 horas continúas de operación, lo que ocurra primero.

8.- Un sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrógeno, de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque en la cámara de reacción se emplean principalmente tres reactivos peróxido de hidrógeno (H2O2) entre el 30% y el 70% en peso; y, un bloque de permanganato de potasio (Κ ΠΟΊ) como precursor de catalizador y sacarosa (C12H22O11) como combustible orgánico.

9. - Un sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrógeno, de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado además porque una vez que el peróxido de hidrógeno reacciona con el permanganato de potasio para formar el dióxido de manganeso, el cual funciona como catalizador de la reacción, al continuar la reacción y ponerse en contacto con ia sacarosa, se produce una reacción violenta que genera vapor de agua y oxígeno puro a una temperatura elevada, que puede alcanzar hasta los 400°C (152°F), dependiendo las condiciones y cantidades de reactivos que se empleen.

10. - Un sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrógeno, de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque también se pueden utilizar como catalizadores para ia descomposición catalítica del peróxido de hidrógeno, los compuestos que se seleccionan entre: óxido de manganeso IV o dióxido de manganeso <Mn02), óxido de hierro III (Fe203), óxido de calcio (CaO), óxido de plomo (Pb02), hidróxido de calcio (Ca (ÓH)2., óxido de aluminio (AbCte), óxido de cobre II (CuO), óxido de cobre III (CUÍO), cromato de potasio (teCrOO, dícromato de potasio (toC^O), sulfato de cobre (CuS04), entre otros.

11. » Un sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrógeno, de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado además porque como combustible orgánico se pueden utilizar también gasolina y/o polvo de carbón.

12. - Un sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrógeno, de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque la reacción con el combustible orgánico permite alcanzar temperaturas de entre 80°C a 180°C a una concentración de entre 30% a 50% en peso de peróxido de hidrógeno y de entre 80eC a 400°C a una concentración de entre 50%· a 70% en peso de peróxido de hidrógeno, en una escala de presión que alcanza hasta las 3000 libras/pulg2.

13..- Un sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrógeno, de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque el vapor de agua sobrecalentado que se obtiene tiene una calidad de vapor del 00% sin gotas de agua en suspensión y con una concentración de oxigeno despreciable, además de que no se genera emisión de gases de efecto Invernadero por la quema de combustibles fósiles, no se generan desechos contaminantes, ni se presentan riesgos de incendio, no se contamina el crudo, ni se corroen las tuberías. .

14.- Un sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrógeno, de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque e! vapor de agua sobrecalentado se utiliza para la inyección y/o estimulación de yacimientos petrolíferos (pozos), así como para la limpieza de instalaciones petroleras como son ductos, cabezales, líneas de descarga, baterías de separación, enfriadores, pozos de producción, intercambiadores de calor, tanques, refinerías, tratamientos de coque, movilidad de fluidos, etc., logrando llegar por el perfil de temperaturas que se obtienen, a una mayor profundidad al obtener diferenciales de temperatura mayores que las existentes en el pozo y por consecuencia una mayor efectividad en ia limpieza de los aparejos y/o equipos de proceso.

15.- Un sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrógeno, de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el sistema es totalmente portátil y de generación de vapor instantánea, lo que permite desplazar el sistema a cualquier instalación remota, además de no requerirse adecuaciones especiales para su interconexión en los pozos y/o en las instalaciones, ni requerirse agua para la generación de vapor, ni gas de ignición para generar el vapor.

16.- Un sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrógeno, de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado además porque el sistema se puede aplicar en pozos horizontales, al nunca perder el vapor de agua sobrecalentado, su condición de fase gaseosa, lo que permite intervenir pozos en los cuales se han llevado a cabo fracturas y multifracturas horizontales, asf como con las técnicas de "fracking (fractura), así como pozos con terminaciones horizontales.

17.- Un sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrógeno, de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque la aplicación del sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado durante la estimulación de pozos, permite obtener tiempos de inyección de vapor de entre 30 minutos a 3 horas, tiempo de cierre de! pozo de un dfa y tiempo de producción Incrementa! de 3 semanas a 3 meses.

Description:
SISTEMA DE GENERACIÓN DE VAPOR DE AGUA

SOBRECALENTADO USANDO PERÓXIDO DE HIDRÓGENO

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se encuentra relacionada con los sistemas que emplean medios térmicos para recuperación secundaria de petróleo, estimulación de pozos y yacimientos petroleros, limpieza de equipos y dispositivos para la producción y/o refinación de petróleo, limpieza de líneas y cabezales de conducción y recolección de hidrocarburos, así como cualquier otro equipo que pueda ser limpiado por medios térmicos debido a la acumulación de sólidos provenientes de hidrocarburos (parafinas y asfáltenos), o bien, por la acumulación de sales, sólidos orgánicos e inorgánicos, en instalaciones tanto en tierra como en instalaciones marinas costa afuera (offshore); y, más particularmente se encuentra relacionada con un sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado que emplea peróxido de hidrógeno para generarlo.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Dentro de la Industria Petrolera, la extracción de petróleo de un yacimiento, es un procedimiento complejo que requiere maquinaria especializada para poder llevarse a cabo y cuyo grado de complejidad depende de las características propias del petróleo que se encuentra en el yacimiento. Actualmente se conocen tres tipos de extracción o recuperación de petróleo: primaria, secundaria y terciaria.

En la recuperación primaria, la presión de los fluidos al interior del yacimiento es suficiente para forzar la salida natural de petróleo a través del pozo. Este tipo de extracción se aplica para petróleo de gravedad API muy baja, sin embargo este tipo de petróleo (crudos livianos), está asociado a problemas por el tipo de parafinas que contiene.

Los factores clave para tener una recuperación primaria exitosa son: la energía del yacimiento (presión de yacimiento y la expansión del sistema roca-fluido); y, la movilidad del petróleo (permeabilidad/viscosidad del aceite). Un ejemplo de recuperación primaria exitosa es el campo gigante Boscán en la región occidental de Venezuela. Este campo ha producido más de 1300 millones de barriles de petróleo de 10 °API durante más de 50 años de operación.

La recuperación secundaria o mejorada, se requiere una vez que la presión interna del yacimiento ha descendido lo suficiente para que el petróleo no salga naturalmente. Está demostrado a nivel mundial que durante la extracción primaria de petróleo, solo se obtiene un máximo del 20% de la reserva petrolera, quedando hasta un 80% del petróleo para su extracción mediante la recuperación secundaria.

Las técnicas de recuperación mejorada o secundaria, aumentan significativamente la recuperación final, por lo que este método puede ser utilizado cuando la producción primaria ya no es factible. Sin embargo, la recuperación mejorada involucra inversiones y gastos operativos muy superiores a los requeridos por la producción primaria, ya que se involucran otro tipo de técnicas diferentes a las tradicionales, como lo es la inyección de agua o la inyección de vapor.

El proceso de inyección de vapor, es una de las técnicas dominantes en la recuperación mejorada para la extracción de petróleo pesado. Comprende la inyección de vapor a alta presión y temperatura, para compensar la pérdida de presión al interior del yacimiento y darle movilidad a los fluidos, para posteriormente extraer el petróleo mediante equipo de bombeo. La inyección de vapor incrementa la movilidad de los fluidos dentro del yacimiento, al modificarse la viscosidad del aceite con el incremento de temperatura, por lo que esta aplicación es ideal para aceites menores a 22°API y altas viscosidades. Al aumentarse la movilidad de los fluidos, se incrementa la productividad de los pozos, generándose mayor rentabilidad en yacimientos de arenas con arcillas intercaladas que contienen aceites de alta viscosidad.

Los métodos térmicos, consisten básicamente en aumentar la temperatura del yacimiento, ya que los aceites pesados presentan una gran disminución de su viscosidad con un incremento en la temperatura, además de la remoción de obstrucciones por la presencia de parafinas o asfáltenos; por el contrario, los aceites ligeros de mayor grado API, si bien no tienen problemas de movilidad, presentan mayores taponamientos por alta presencia de parafinas. La temperatura de fusión de la parafina es de 64°F (18°C) a 211 °F (95°C), rango que debe ser usado para definir la temperatura a la cual se deben emplear los medios térmicos para remover depósitos sólidos con mayor eficacia. Dichos sistemas deben operar siempre por encima de este punto de fusión.

Con base en lo anterior, el principal obstáculo para explotar un yacimiento de aceite pesado es la alta viscosidad del aceite, pero ésta puede ser reducida por medio de métodos térmicos y en el caso de los aceites ligeros los medios térmicos promoverán la disolución de sólidos, obteniéndose en ambos casos incrementos de producción considerables, así como recuperación de altos porcentajes en la eficiencia de operación de equipos tales como intercambiadores de calor, aparejos, líneas, separadores, bombas, etc.

Una vez que ya no es posible extraer petróleo mediante la recuperación secundaria, se requiere utilizar técnicas para inyectar agentes químicos, agentes miscibles, microbiales o emplear métodos eléctricos y/o vibracionales, entre otros, a estos métodos se les conoce como recuperación terciaria.

Al utilizarse agentes químicos, algunos de estos no sólo dañan el equipo de extracción, sino que está demostrado que el petróleo tiene que ser limpiado antes de su refinación para eliminar dichos agentes químicos, aumentando considerablemente el costo de producción.

Hay cuatro factores clave para una operación efectiva y eficiente de recuperación mejorada con la aplicación de vapor:

• Generación eficiente de vapor con una buena calidad.

• Distribución efectiva de vapor, en la superficie y en el subsuelo.

· Monitoreo efectivo de la producción.

• Monitoreo efectivo del calor y la saturación en el yacimiento.

Para el proceso de inyección de vapor, se utiliza generalmente vapor de agua generado a partir del calentamiento de agua, la cual debe ser previamente tratada (agua destilada). Los equipos comúnmente utilizados, generan el vapor mediante el calentamiento de agua tratada, por medio de la quema de combustibles fósiles en calderas hasta alcanzar una calidad en el vapor del 70% al 80% máximo.

La instalación de estos equipos requiere de una gran cantidad de esfuerzos de logística, así como la construcción de una red de líneas para la inyección en los pozos.

Asimismo, durante el proceso de transporte del vapor, se tiene una gran pérdida de energía calorífica en todo el sistema, lo que hace que este proceso sea muy costoso, de baja eficiencia y de difícil acceso para localizaciones remotas, terrenos sinuosos o aplicaciones costa fuera, siendo únicamente utilizado como sistema de estimulación y recuperación secundaria, mas no como un tratamiento de limpieza de instalaciones. La inyección continua de vapor convencional en todos los casos, supone gastos elevados asociados adicionales que implican el tener que terminar pozos completamente diseñados para soportar altas temperatura (pozos térmicos).

Para superar algunos de los inconvenientes antes mencionados, hoy en día podemos encontrar en el arte previo, diversos sistemas de inyección de vapor de agua para yacimientos petrolíferos, que producen vapor a partir de peróxido de hidrógeno sin llegar a condiciones de vapor sobrecalentado.

Un ejemplo de los sistemas de inyección de vapor de agua a partir de peróxido de hidrógeno del arte previo, lo podemos encontrar en la Patente Estadounidense No. US 4,456,069, la cual describe un aparato que se sitúa fuera del pozo de extracción y que mediante la inyección de gases dentro del pozo, eleva la presión y temperatura dentro del yacimiento con el fin de estimular la extracción a través de los efectos del estrés térmico y el flujo de gas de alta presión.

Dicho aparato incluye un generador de gas, en donde un reactivo (peróxido de hidrógeno), se descompone por un catalizador para formar gases de alta temperatura de descomposición, tales como vapor de agua y oxígeno, y un compresor de aire para inyectar aire comprimido en el pozo para ayudar en el incremento de la presión dentro del yacimiento, aumentando así la permeabilidad de dicho yacimiento y el posterior flujo de los fluidos del yacimiento en el pozo después de la estimulación. Esto se lleva a cabo mediante un pozo de sondeo o pozo inyector.

El equipo antes descrito presenta el inconveniente de que requiere de adecuaciones especiales para operar en cualquier tipo de pozo (terrestre o marino), en donde dichas adecuaciones comprenden el tener que habilitar un pozo sonda o inyector; asimismo, su objetivo es la generación de gases calientes y compresores de aire para represionar los pozos.

Otro ejemplo de sistemas y equipos del arte previo lo encontramos en la Patente Estadounidense No. US 8,020,614 B2, la cual describe un aparato que incluye un motor de descomposición que tiene un colector de entrada que se extiende centralmente dentro de un alojamiento y que tiene medios para el paso de peróxido de hidrógeno a través de la pared del colector a través de un catalizador. Los productos de descomposición producidos se dirigen a través de un tubo Venturi de salida y pasan a través de un sistema de tuberías que permiten la ventilación selectiva o la introducción de los productos en una instalación que será limpiada. El aparato incluye medios de control que están acoplados al motor y válvulas para permitir el ajuste selectivo de la temperatura y o la presión de los productos de descomposición, así como la introducción y la desviación de la mezcla en la instalación.

En la Patente US 8,020,614 B2, no se menciona el uso específico de la invención para el tratamiento de pozos petroleros, si bien en los antecedentes se habla de la contrapresión ejercida por los taponamientos en líneas de descarga de pozos petroleros, no se describe ni sugiere la estimulación de yacimientos petrolíferos.

Un ejemplo más de sistemas de este tipo, lo encontramos descrito en la Patente Estadounidense No. US 4,475,596. En dicha patente, se describe un método para incrementar la extracción de petróleo de un yacimiento subterráneo que comprende un pozo de sondeo y un generador de gas, el cual se encuentra ubicado en el pozo de sondeo en o sobre el nivel del yacimiento. El generador de gas incluye un alojamiento que forma una cámara y que tiene una entrada en el extremo superior para recibir un combustible; un ensamblé catalizador en la región superior de la cámara; una cámara de reacción de generación de gas debajo del ensamble catalizador. Dicha cámara de reacción tiene una entrada de reactante químico y una salida inferior restringida para el paso de productos gaseosos de reacción, los cuales se encuentran a alta temperatura.

Dicho método comprende la operación del generador de gas por etapas: dejar fluir un combustible desde la superficie que consiste en peróxido de hidrógeno; hacer reaccionar catalíticamente el peróxido de hidrógeno para formar gases de reacción calientes incluyendo oxígeno y vapor; y, hacer que los gases de reacción calientes entren en contacto con un reactivo químico que convierte el oxígeno en vapor, mediante el cual los productos de reacción calientes (libres de oxígeno) son inyectados en el yacimiento petrolero.

El sistema antes mencionado presenta el inconveniente de que las reacciones de catalización se llevan a cabo en el interior del pozo de sondeo, por medio de un sistema de inyección en la superficie, haciendo imposible controlar dicha reacción al interior del pozo.

En la explotación de campos con baja recuperación y alta viscosidad, es muy común el uso de sistemas artificiales de producción, siendo el más popular en todo el mundo el Bombeo Mecánico, en donde a menudo los aparejos pierden eficiencia o dejan de operar debido a la precipitación de componentes pesados, como asfáltenos, parafinas o sólidos, en la succión de la bomba de fondo.

Esta condición puede llevar a la pérdida de eficiencia del desplazamiento del aceite por la bomba, paros de operación por asolvamientos y en el peor de los casos, el paro completo del sistema artificial por falla del sistema, todo esto traduciéndose en pérdida de producción del pozo y gastos adicionales, por la intervención de equipos de terminación y reparación de pozos.

En el mercado, actualmente existen diferentes sistemas para disminuir estos problemas, dentro de los que encontramos los métodos químicos como la inyección de reductores de viscosidad, circulaciones con componentes orgánicos (arominas) o la circulación con diésel; también existen medios térmicos convencionales, como la inyección de aceite caliente, así como la inyección de vapor convencional generado con agua.

El circular aceite caliente, conlleva riesgos de seguridad durante la operación y no se garantiza al 100% la limpieza del aparejo, puesto que no se alcanzan temperaturas similares a las del vapor, de manera que al volver a su temperatura original, se puede incluso empeorar el problema de taponamiento dentro del pozo.

El empleo de vapor para la limpieza de aparejos en los pozos petroleros de producción, resulta una práctica 100% efectiva para la limpieza no solo del aparejo sino también de la cara del intervalo, removiendo los pesados en la cara de la formación; sin embargo, los sistemas de vapor convencionales no pueden llevar a cabo estas prácticas, ya que sólo sirven en pozos con aparejos térmicos, limitando su aplicación sólo a los que cuenten con estos arreglos haciendo incosteable su aplicación para la limpieza mediante inyección cíclica de vapor, conocida como "Huff and Puff.

La aplicación del sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado de la presente invención, con respecto a la aplicación de los sistemas convencionales para la inyección continúa de vapor, presentan diferencias que permiten obtener una ventaja en la calidad del vapor inyectado y en la condición de la fase gaseosa del vapor en sí, adicional a la innovación en la forma de generar el vapor.

Por otra parte, las líneas de transporte, ductos de descarga, sistemas de producción artificial e intervalos de producción, son los principales elementos donde se encuentran obstrucciones de parafinas, asfáltenos y componentes pesados de hidrocarburos, debido al cambio en las condiciones térmicas y de presión una vez salida la producción del pozo. En estos elementos es común encontrar una disminución de presión de aproximadamente 30% a lo largo de las líneas y disminución en el diámetro de la línea, lo que se traduce en aumentos en la contrapresión en la cabeza de los pozos, lo que origina una disminución de la aportación en la producción de los pozos. Asimismo, la acumulación de materiales corrosivos en las tuberías genera problemas de fugas recurrentes en periodos relativamente cortos de tiempo.

Para solucionar esta problemática, en el arte previo se utilizan tradicionalmente métodos químicos para remover dichas obstrucciones, los cuales no siempre resultan del todo eficientes para la remoción total de las acumulaciones de componentes pesados de hidrocarburos, lo que es adicional al problema que se genera al contaminar el crudo con dichos químicos, reduciendo su precio de venta en el mercado en el que pueda ser comercializado.

La limpieza mediante la inyección de vapor, es un método eficiente que garantiza la limpieza completa de las líneas, eliminando los fenómenos antes citados de reducción de presiones y acumulación de agentes corrosivos.

Por otra parte, a lo largo de los ductos de producción, durante su operación, se van acumulando componentes pesados a medida que las condiciones de presión y temperatura van cambiando, lo que ocasiona modificaciones en la mezcla de hidrocarburos y liberación de gas, haciendo más difícil la movilidad de las fases a una velocidad homogénea. Los componentes pesados suelen acumularse en las variaciones de batimetría, columpios y otros cambios en la dirección y profundidad del ducto, generando obstrucciones en los ductos, las cuales se reflejan en un incremento de la contrapresión, disminuyendo los volúmenes de producción.

En el arte previo existen también métodos químicos para limpieza y remoción de las obstrucciones en los ductos, lo que genera problemas durante la separación y daños en los recubrimientos elastoméricos, así como corrosión de los equipos en la batería de separación.

También se cuenta con métodos mecánicos para la limpieza de los ductos, como lo son las corridas de diablos (dispositivos de limpieza), las cuales representan riesgos durante la operación y la posibilidad de que se queden atorados estos dispositivos de limpieza en una zona de alta obstrucción. Es de destacar, que estos métodos únicamente tienen aplicación para la limpieza de líneas de descarga.

El empleo de vapor a alta presión y alta temperatura, generado con el sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrógeno de la presente invención, permite garantizar una limpieza efectiva del ducto, por lo que al no contener ningún componente corrosivo en el efluente, no genera problemas de corrosión o daño en las tuberías y en los componentes de las instalaciones de producción.

OBJETOS DE LA INVENCIÓN

Es un objeto de la presente invención, el proveer un sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrógeno, que permita generar vapor de agua sobrecalentado con un mayor contenido de energía calórica, a una mayor presión y a una mayor temperatura que cualquier otro sistema de vapor del arte previo.

Otro objeto adicional de la presente invención, es el proveer un sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrógeno, que permita controlar la presión y la temperatura del vapor basados en un diseño de la intervención que se realiza para cada instalación petrolera que será sometida a limpieza y/o a estimulación, manteniendo siempre a salvo los elastómeros que puedan estar presentes en el sistema.

Un objeto más de la presente invención, es el proveer un sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrógeno con una concentración de entre 30% a 70% en peso, el cual permita generar vapor de agua por medio de una reacción exotérmica, sin necesidad de remover los estabilizantes contenidos en dicho peróxido de hidrógeno.

Es un objeto más de la presente invención, el proveer un sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrógeno, que permite que el vapor se genere en la superficie y sin utilizar agua.

Un objeto adicional de la presente invención, es el proveer un sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrógeno, que permita manejar un alto rango de gastos volumétricos, presiones y temperaturas para ajustarse a los requerimientos de cada pozo o instalación petrolera.

Otro objeto adicional de la presente invención, es el proveer un sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrógeno, que no requiera de instalaciones especiales para su aplicación, además de ser de fácil transporte e instalación.

Un objeto adicional de la presente invención, es el proveer un sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrógeno, que requiera de un menor tiempo de aplicación para la estimulación de los pozos de producción.

Otro objeto adicional de la presente invención, es el proveer un sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrógeno, que permita promover incrementos de producción en los pozos petroleros al estimular el yacimiento y remover los daños en la formación.

Un objeto adicional de la presente invención, es el proveer un sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrógeno, que permita solucionar problemas de baja permeabilidad, baja porosidad y baja presión en los yacimientos petroleros.

Otro objeto adicional de la presente invención, es el proveer un sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrógeno, que pueda actuar como un sistema de recuperación mejorada de petróleo (EOR por sus siglas en inglés), para la recuperación secundaria de petróleo.

Otro objeto adicional de la presente invención, es el proveer un sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrógeno, que pueda ser aplicado para limpieza de instalaciones petroleras de superficie, ya sea en tierra o en instalaciones petroleras costa afuera (offshore), gracias a su versatilidad, movilidad y bajo consumo de productos para la generación de vapor.

Es otro objeto de la presente invención, el proveer un sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrógeno, que permita obtener una mayor productividad de los pozos de producción respecto a otros tratamientos químicos (mejoradores de flujo) o mecánicos (inducciones mecánicas) que sólo funcionan a nivel de pozo.

Un objeto de la presente invención, es el proveer un sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrógeno, que pueda ser usado en el proceso de inyección cíclica de vapor conocido como "Huff and Puff.

Otro objeto adicional de la presente invención, es el proveer un sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrógeno, que permita obtener vapor de agua sobrecalentado a una temperatura de entre 80°C (176°F) y 400°C (752°F).

Un objeto adicional de la presente invención, es el proveer un sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrógeno, el cual permita que el vapor de agua sobrecalentado mantenga su condición de fase vapor (gas) a una temperatura menor de 80°C (176°F).

Otro objeto adicional de la presente invención, es el proveer un sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrógeno, el cual permita obtener un vapor de agua que no se vea afectado por choques térmicos.

Un objeto adicional de la presente invención, es el proveer un sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrógeno, que por medio de transmisión térmica, permita liberar el gas atrapado en la formación incrementando la presión del yacimiento, ayudando así a empujar el aceite hacia el intervalo productor, obteniendo como consecuencia incrementos en la producción de aceite. Otro objeto adicional de la presente invención, es el proveer un sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrógeno, que permita limpiar y estimular un pozo de producción sin necesidad de retirar la sarta de varillas y la bomba de fondo, de manera que se puedan limpiar cíclicamente varios pozos por día sin adecuaciones especiales.

Otro objeto adicional de la presente invención, es el proveer un sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrógeno, que permita la limpieza y remoción de los sólidos en los pozos de producción de bombeo mecánico y sencillos fluyentes, mediante la transmisión de calor a través de todo el aparejo de producción.

Un objeto adicional de la presente invención, es el proveer un sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrógeno, el cual se pueda aplicar en cualquier tipo de mecánica de pozo (BN, Cavidades, BM, Fluyentes, térmicos), así como en pozos que no cuenten con tubería de revestimiento.

Otro objeto adicional de la presente invención, es el proveer un sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrógeno, que se pueda aplicar a cualquier tipo de geología del yacimiento de producción.

Es otro objeto adicional de la presente invención, el proveer un sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrógeno, que permita que la limpieza de pozos e instalaciones y equipos de superficie^ ya sea en tierra o en instalaciones marinas (offshore), se realice en tiempos muy cortos, sin necesidad de cerrar las instalaciones por periodos prolongados.

Otro objeto adicional de la presente invención, es el proveer un sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrógeno, que no utiliza agua ni gas para el proceso de generación de vapor, por lo que no daña el medio ambiente.

Un objeto adicional de la presente invención, es el proveer un sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrógeno, que se pueda aplicar en pozos con terminaciones verticales, pero también en pozos con perforación horizontal, al ser un sistema que logra desplazarse en forma de vapor en la horizontal.

Otro objeto adicional de la presente invención, es el proveer un sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrógeno, el cual pueda retornar en su condición de vapor a la superficie, recorriendo así todo el sistema de recuperación.

BREVE DESCRIPCIÓN PE LA INVENCIÓN

La presente invención se encuentra relacionada con un sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrógeno, que comprende una reacción exotérmica derivada de combinar una solución de peróxido de hidrogeno en diferentes concentraciones que van desde el 30% hasta el 70% en peso, con diferentes componentes reactivos, preferiblemente permanganato de potasio y/o dióxido de manganeso. La reacción que se produce con estos reactivos, genera un catalizador durante el agotamiento de la reacción, lo que a su vez permite obtener vapor de agua sobrecalentado a temperaturas que van desde los 80°C (176°F) hasta los 400°C (752°F), dependiendo las condiciones con las que se requiera operar.

El sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrógeno de la presente invención, se encuentra conformado principalmente por un tanque de reacción generador de vapor, en cuyo interior se cargan previamente una mezcla de componentes reactivos que al reaccionar con el peróxido de hidrógeno generan un conjunto de catalizadores, de manera que al irse agotando la reacción, van generando el vapor sobrecalentado.

El sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrógeno de la presente invención se encuentra conformado por un tanque de almacenamiento de peróxido de hidrogeno, en donde se almacena la solución de peróxido que se utilizará durante la reacción; una bomba de descarga que se encuentra interconectada al tanque de almacenamiento mediante un primer ducto de interconexión, la bomba de descarga empleándose para bombear la solución de peróxido de hidrogeno a un tanque de reacción generador de vapor mediante un segundo ducto de interconexión por medio de un sistema de inyección; un tanque de reacción generador de vapor, que recibe la solución de peróxido de hidrógeno para que se efectúe la reacción de generación de vapor con los compuestos o reactivos que se encuentran cargados previamente en su interior, en donde se lleva al cabo la reacción y se genera el vapor sobrecalentado, el cual una vez generado se envía mediante un ducto de salida a la instalación petrolera que será sometida a tratamiento de limpieza y/o estimulación BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

A continuación se puede apreciar en las figuras que se indican, la configuración y elementos que integran al sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrógeno, en donde se muestra una modalidad particularmente preferida de la invención, la cual debe considerarse únicamente como ilustrativa más no limitativa de la misma, en donde:

La Figura 1 es una vista esquemática que muestra cómo se encuentran interconectados los elementos que conforman al sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrógeno de ia presente invención.

La Figura 2 es un diagrama general que muestra los elementos que conforman el sistema de la presente invención

La Figura 3 muestra el comportamiento del pozo 1 previo a ser intervenido,

La Figura 4 es una gráfica en donde se muestra el historial de producción del pozo 1 antes y después del tratamiento con ei sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado de la presente invención.

Las Figura 5 y 6 muestran el comportamiento del pozo 2.

La Figura 7 muestra el comportamiento del pozo 2 antes de ser intervenido.

La Figura 8 muestra el comportamiento del pozo 2 después de ser intervenido con el sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado de la presente invención,

La Figura 9 es una gráfica en donde se muestra ef historial de producción e incremento de producción del pozo 2, después de ser intervenido con el sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado de la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

Haciendo ahora referencia al dibujo que se acompaña, y más específicamente a la Figura 1, en ella se muestra el sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado 10 usando peróxido de hidrógeno de la presente invención.

El sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado 10 se encuentra conformado por un contenedor de almacenamiento de peróxido de hidrogeno 11 , preferiblemente un tanque, en donde se almacena la solución de peróxido que se utilizará durante la reacción; una bomba de descarga de peróxido de hidrógeno 13 que se encuentra interconectada al contenedor de almacenamiento 1 mediante un primer ducto de interconexión 12, la bomba de descarga 13 empleándose para bombear la solución de peróxido de hidrogeno hacia un contenedor de reacción 15 mediante un segundo ducto de interconexión 14; un contenedor de reacción 15 generador de vapor, preferiblemente un tanque de reacción o reactor, el cual recibe la solución de peróxido de hidrógeno para que se efectúe la reacción con una pluralidad de compuestos o reactivos que se encuentran cargados previamente en una cámara de reacción en su interior, en donde se lleva al cabo la reacción y se genera el vapor sobrecalentado, el cual una vez generado sale por una boquilla de salida para ser enviado mediante el ducto de salida 16 hacia las instalaciones 21 que serán sometidas a limpieza, preferiblemente instalaciones petroleras. El contenedor de reacción 15 cuenta además con una boquilla de venteo a la que se interconecta un ducto 17, para permitir la salida de los gases durante la reacción, o bien, en caso de emergencia.

Para efectuar la interconexión entre el sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado 10 y las Instalaciones 21 que serán sometidas a limpieza, se emplea por lo menos un ducto de interconexión 22.

El sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado 10 cuenta además con un panel de control 18, el cual se encuentra interconectado a un sistema de inyección de peróxido 19, para regular el flujo de suministro de la solución de peróxido al tanque de reacción 15; y, al motor 20 de la bomba de descarga 13 para operar y detener la bomba en caso de emergencia (paro de emergencia). Asimismo, el panel de control 10 cuenta con por lo menos un par de indicadores de temperatura y presión.

Para facilitar el traslado del sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado 0, al sitio donde se realizará el procedimiento de limpieza con vapor, sus componentes se fijan sobre una plataforma o patín estructural, para poder ser incorporados a un remolque.

El sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado de la presente invención, por sus características estructurales es un sistema compacto y portátil, que para su operación en campo, requiere solamente de una cuadrilla de dos a tres personas, pudiendo ser fácilmente transportable en un vehículo automotriz (plataforma o camioneta tipo pick-up), cuya capacidad sea de por lo menos 1.5 toneladas, o sobre un remolque de por lo menos 3000 Kg (6613 libras). La solución de peróxido de hidrógeno requerida para la generación del vapor sobrecalentado, se encuentra almacenada en el contenedor de almacenamiento 11 en una concentración que va de entre 30% a 70% en peso, pudiéndose utilizar en el tanque materiales plásticos como son los totes IBC, con capacidad de al menos 1000 litros con válvula de 2 pulgadas y base de metal para peróxido de hasta 50% de concentración, o bien, contenedores de acero inoxidable, dependiendo de la concentración del peróxido.

La bomba de descarga 13 en una modalidad preferida se encuentra diseñada para trabajar con una presión de descarga de hasta 9,000 Sibras/pulg 2 (PSI) de presión, no debiéndose limitar a estas condiciones de operación y diseño, puesto que se pueden utilizar capacidades diferentes, dependiendo el diseño de la intervención y la volumetrfa de vapor requerido.

El motor de la bomba de descarga 13 puede ser un motor de combustión interna que utiliza gasolina o diésel, o bien, puede ser un motor eléctrico que utiliza corriente alterna o corriente directa, el cual puede estar alimentado por un conjunto de baterías o puede estar conectado a la red de distribución eléctrica de la localidad.

El contenedor de reacción 15 generador de vapor, contiene en su interior como ya se mencionó, una pluralidad o conjunto de reactivos que reaccionan con el peróxido de hidrógeno para llevar a cabo la reacción exotérmica necesaria para la producción de los efluentes gaseosos. El conjunto de reactivos se encuentran contenidos a manera de bloques dentro de una cámara de reacción (no mostrada en la figura). Los bloques de reactivos tienen una vida útil de hasta 10 intervenciones o 15 horas continúas de operación, lo que ocurra primero.

El contenedor de reacción 15 generador de vapor cuenta con una boquilla de salida a la cual se interconecta el ducto de salida 16 (empleándose preferiblemente una manguera), que incluye además una válvula de cierre y apertura (empleándose preferiblemente una válvula de bola); y, una boquilla de venteo que se interconecta a una válvula de venteo a la atmósfera. En una modalidad adicional, la boquilla de venteo incluye una válvula de bloqueo.

El primer ducto de Interconexión 12 puede ser una tubería o una manguera flexible diseñada para trabajar a baja presión; mientras que el segundo ducto de interconexión 14 y el ducto de salida 16 pueden ser una tuberfa o una manguera flexible diseñada para trabajar a alta presión (hasta 5000 libras/pulg 2 ).

En una modalidad preferida, el ducto 14 puede ser una manguera de alta presión de caucho y/o acero inoxidable, mientras que el ducto 16 puede ser una manguera de materiales poliméricos para extrema presión con cobertura de caucho o neopreno de 2 pulgadas, o bien, tubería de alta presión 1502 de acero ai carbón de 2 pulgadas.

El ducto 22 que se interconecta al ducto de salida .16 para suministrar el vapor sobrecalentado a la Instalación petrolera que será sometida a un procedimiento de limpieza y/o estimulación, puede ser una manguera flexible que en una modalidad preferida, es una manguera metálica con recubrimiento de caucho, diseñada para soportar hasta 5,000 libras/pulg 2 (PSi), de una dimensión adecuada al gasto volumétrico que se suministrará, preferiblemente de 2 pulgadas.

El tipo de conexiones que se utilizan para interconectar el sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado con la instalación petrolera que será sometida al procedimiento de limpieza y/o estimulación, son conexiones rápidas a manera de permitir una interconexión rápida, fácil, práctica y segura.

Una vez interconectados todos los elementos y puesto en operación el sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrógeno, se verifican las condiciones de operación, presión y/o gasto de cada elemento antes de realizar la inyección dentro del pozo; una vez realizada la intervención, se vuelven a medir los parámetros característicos de cada elemento y se realiza un monitoreo constante de las condiciones de operación, una vez que se presenta una disminución significativa de la eficiencia del sistema que impacta en los volúmenes de producción, se vuelve a realizar la inyección y se repite de manera cíclica para mantener los rangos de operación óptimos.

En la cámara de reacción del contenedor de reacción 5 generador de vapor, se llevan a cabo las reacciones exotérmicas que generan los efluentes gaseosos (vapor de agua sobrecalentado) requeridos para la limpieza y/o estimulación de instalaciones petroleras preferiblemente.

En una modalidad preferida, en la cámara de reacción se emplean principalmente tres reactivos:

• Peróxido de hidrógeno (H2O2) entre el 30% y el 70% en peso;

· Permanganato de potasio (K nCk) como precursor de catalizador; y,

• Sacarosa (C12H22O11) conocida como azúcar común, como combustible orgánico.

El peróxido de hidrógeno, en altas concentraciones, es una sustancia muy corrosiva, que al ponerse en contacto con combustibles orgánicos puede iniciar una reacción química generadora de calor (reacción exotérmica). Se ha encontrado inesperada y sorprendentemente, que el peróxido de hidrógeno, una vez que reacciona con el permanganato de potasio para formar el dióxido de manganeso, el cual a su vez funciona como catalizador de la reacción, si se pone en contacto con un combustible orgánico, como la sacarosa o azúcar común, reacciona violentamente generando vapor de agua y oxígeno puro a una temperatura elevada, que puede alcanzar hasta los 400°C dependiendo las condiciones y cantidades de reactivos que se empleen.

El permanganato de potasio es un reactivo sólido de color purpura oscuro, el cual tiene la propiedad de oxidar y descomponer el peróxido de hidrógeno, cuando se emplean pequeñas cantidades de este reactivo.

En la industria química, el permanganato de potasio es considerado un oxidante muy fuerte, por lo que a partir de la reacción química con el peróxido de hidrógeno se obtienen (además de calor por ser una reacción exotérmica), como productos de la reacción los siguientes: vapor de agua, oxígeno, residuos de dióxido de magnesio y trazas de hidróxido de potasio.

Tomando en cuento lo anteriormente expuesto, los inventores de !a presente invención encontraron inesperadamente, a partir de trabajos experimentales en el laboratorio y en planta piloto, que la adición de combustibles orgánicos, como la sacarosa (azúcar común), permite obtener temperaturas de reacción mayores a las del arte previo.

Las reacciones químicas que ocurren al incorporar la sacarosa en la reacción son fundamentalmente las siguientes:

2KMn0 4(s) + 3H 2 0 2{ac) → 2K0H (s) + 2Mn0 2(s) + 2 H 2 0 (g) + 30 2(g) (I)

16KMn0 4(s) + C 12 H Z2 0 11(s) → 8K 2 C0 3(s) + MnO z(s) + 4C0 2(g) + HH 2 0 (g) (II)

Ci_H 22 0 11(s) + 24H 2 0 2(ac) 12C0 2(g) + 35H 2 0 (g) (III)

Como se podrá observar, la reacción química que ocurre en el sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrógeno de la presente invención, consiste fundamentalmente en hacer reaccionar peróxido de hidrógeno con permanganato de potasio granulado en presencia de una sustancia combustible, preferiblemente sacarosa: Las cantidades requeridas de cada compuesto se calculan estequiométricamente y en función de (a aplicación que se Je vaya a dar al sistema.

Inicialmente, se prepara la mezcla de los reactivos sólidos permanganato de potasio (KMn04) y sacarosa (C 12 H 22 o n ) , utilizando agua como disolvente para formar los bloques sólidos que serán introducidos en el contenedor de reacción, para posteriormente reaccionar con el peróxido de hidrógeno y generar los catalizadores. Una vez iniciada la reacción, ios bloques pasan de un estado sólido a un estado líquido (acuoso).

Tal como se puede observar en el esquema de reacciones, el peróxido de hidrógeno ( H 2 0 2 ( aC ) ) reacciona con el permanganato de potasio (K n0 4 ) para producir dióxido de carbono (MnCk), que a su vez funciona como catalizador en la reacción (II!), en donde la sustancia combustible reacciona con el oxígeno liberado provocando una reacción violenta generadora principalmente de vapor de agua a una elevadfsima temperatura. Esto se debe a que la sustancia combustible es capaz de generar una reacción exotérmica cuando se combina con el oxígeno liberado, producto de la reacción de descomposición del peróxido en presencia del MnO Se considera que el oxígeno liberado es atómico en lugar de molecular, ya que primero se separa del peróxido de hidrógeno. Por lo tanto, el oxígeno es incluso más susceptible a la combinación con la sustancia combustible.

Los diferentes catalizadores empleados para la descomposición catalítica de! peróxido de hidrógeno son los siguientes: óxido de manganeso IV o dióxido de manganeso (MnQ.), óxido de hierro III (Fe203), óxido de calcio (CaO), óxido de plomo (Pb02), hidróxido de calcio (Ca (OH)2. Otros catalizadores utilizados son: óxido de aluminio (AhO ), óxido de cobre II (CuO), óxido de cobre III (CU2O), cromato de potasio (feCrO-,), dicromato de potasio («2Cr207); los compuestos de metales en transición empleados también para la descomposición del peróxido, son los siguientes: l<2Cr0 , KMn0 4 , CUSO4, entre otros.

Es importante destacar que el hidróxido de potasio (KOH) formado es una sal Inorgánica cuya disolución en agua genera calor (reacción fuertemente exotérmica), por lo que puede ocurrir una vigorosa reacción cuando el hidróxido de potasio se añade al agua, coadyuvando como consecuencia, a un aumento de la temperatura en el sistema.

El KOH es una sal y sus iones se disocian en el agua bajo la siguiente forma:

H 2 0 + K0H→ K+, OH-, H z

En el sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado de la presente invención, se emplea una solución acuosa de peróxido de hidrógeno entre el 30% y el 70% en peso. El agua presente en esta solución no participa en las reacciones; sin embargo, absorbe la energía producida a partir de estas reacciones cambiando de estado líquido a vapor de agua. En la reacción (II) se puede visualizar que una parte de la sacarosa (£ ΐ 2# 22 0ιι) reacciona con el permanganato de potasio (KMnC ) produciendo dióxido de manganeso ( nOz), dióxido de carbono (CO2) y vapor de agua.

Las tres reacciones producen en conjunto los siguientes efluentes gaseosos: C02, O2 y H2O; por lo que una vez consumida la sacarosa (C 12 H 22 0 11 ) y el permanganato de potasio (KMn04). la única reacción que ocurre en la cámara de reacción es sólo y exclusivamente la de descomposición del peróxido de hidrógeno en presencia del catalizador, dióxido de manganeso (Mn02) es decir;

n0 2

H 2 0 2 (l) → ¾0 <D + l/20 2(g) (IV)

En esta reacción de descomposición (IV) influyen factores como la presión, la temperatura y la concentración de reactivos, pero además se debe tener en cuenta la presencia o no de un catalizador, que como ya se mencionó, para esta reacción el dióxido de manganeso ( nCte) realiza esta función.

El dióxido de manganeso (Mn02), es un mineral que en condiciones normales es de color gris metalizado. Suele formarse por ia deposición de manganeso en sedimentos o por la oxidación de otros minerales de manganeso y hierro, como el cuarzo o la fímonita.

Esta reacción de descomposición produce teóricamente una composición másica de vapor de agua de 76,5% en peso y de oxígeno de 23,5% en peso, aproximadamente.

La descomposición del peróxido de hidrógeno por sí mismo no crea las temperaturas deseadas. Una solución acuosa al 50% de peróxido de hidrógeno en contacto con el permanganato, elevará la temperatura en el tanque de reacción. Sin embargo, con la adición de la sustancia combustible de origen orgánico, preferiblemente sacarosa, se ha encontrado inesperadamente las condiciones que se indican en la Tabla 1,

El manejo de la escala de temperatura (de 80°C a 40Q°C) dependerá del diseño que se haga para la intervención basado en las características de la misma; por lo tanto la variable temperatura de operación (ventana de operación), dependerá de la concentración de la solución de peróxido de hidrógeno que se utilice en conjunto con los catalizadores y las contrapresiones a que sea sometido el contenedor de reacción.

Por otra parte, como combustibles de origen orgánico se pueden utilizar también gasolina y/o polvo de carbón, entre otros combustibles comunes. En fa Tabla I, se muestran las condiciones que se pueden alcanzar con el sistema de la presente invención:

TABLA I

Para superar los inconvenientes del arte previo, se ha diseñado un sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado, mediante e! uso de peróxido de hidrógeno y un conjunto de reactivos que producen una reacción exotérmica. Es muy importante mencionar que durante la reacción, se generan catalizadores que descomponen el peróxido de hidrógeno en vapor de agua sobrecalentado a temperaturas que van desde ios 80' C (176T) hasta los 400°C (752 ).

Dependiendo de las condiciones con las que se requiera operar, la reacción permite obtener un vapor con una mayor temperatura de inyección (vapor sobrecalentado) y una mejor calidad en el vapor (100% sin gotas de agua en suspensión), que cualquier otro sistema conocido en el arte previo, con una concentración de oxígeno despreciable.

El vapor obtenido con la presente invención, se utiliza para la inyección en yacimientos petrolíferos, o bien, para la limpieza de instalaciones petroleras como son ductos, cabezales, lineas de descarga, baterías de separación, enfriadores, pozos de producción, intercambiadores de calor, tanques, refinerías, tratamientos de coque, movilidad de fluidos, etc.

Cabe destacar que sólo se inyecta vapor de agua sobrecalentado, debido a que el sistema de la presente invención está diseñado para que de ninguna manera se inyecte peróxido de hidrógeno dentro de! pozo y/o tubería, para evitar el que pudiera afectarse la naturaleza química del crudo, así como ta naturaleza del equipo y/o de las instalaciones, ya que en el interior del reactor se lleva a cabo una reacción balanceada para así obtener una conversión del 100% de peróxido de hidrógeno en vapor sobrecalentado. Dentro de la cámara de reacción del reactor, se han optimizado las cantidades de reactivos, el flujo de peróxido de hidrógeno y el diseño del mismo con la finalidad de garantizar la mayor eficiencia en la reacción con el único objetivo de evitar, en su máxima expresión, efluentes gaseosos que contengan reactivos. Además, es importante destacar que la temperatura dentro de la cámara de reacción del reactor, permite la descomposición auto acelerada del peróxido de hidrógeno.

E! sistema de !a presente invención es totalmente portátil y de generación de vapor instantánea, lo que permite desplazar el sistema a cualquier instalación remota, además de no requerirse adecuaciones especiales para su interconexión, ni requerirse agua para ta generación de vapor, ni tampoco gas de ignición para generar el vapor. Esto último es una de las mayores ventajas de la presente invención en aspectos de seguridad, pues se operan las instalaciones petroleras sin riesgo de explosión, al no requerirse fuego para el calentamiento.

Aún más destacado, es ei hecho de que aplicando el sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado de la presente invención, no se requiere realizar ningún gasto para adecuar los pozos y/o instalaciones, por lo que se ofrece un sistema practico, económico y funcional, que presenta ventajas sobre cualquier otro sistema del arte previo.

Una vez aplicado el procedimiento de estimulación con el sistema de la presente invención, los efectos de incremento de producción en el pozo son visibles inmediatamente que termina el procedimiento, incluso pudiendo ser visibles mientras se realiza la inyección de vapor (de 1 a 2 horas), alcanzando su pico de producción en aproximadamente un mes, estabilizándose y consiguiendo su punto de reorden, pudiendo mantenerlo con 1 a 2 ciclos mensuales hasta agotar las reservas.

Ei proceso consta de tres fases principales: inyección, remojo y producción.

La fase de inyección consiste básicamente en inyectar una cantidad determinada de vapor sobrecalentado con calidad del 100% al yacimiento a un ritmo de presión y temperatura prefijado, por espacio de una o varias horas, dependiendo de las características de la formación productora y de las condiciones del pozo.

Al finalizar la inyección, el pozo se cierra para un periodo de remojo, de 1 día, con el propósito de permitir que el vapor cafíente y permee la formación productora (yacimiento) y se disperse uniformemente alrededor del pozo. Posteriormente se abre a producción hasta que decae la curva de producción y se requiere nuevamente la intervención, periodo que tiene como promedio 2 intervenciones por mes.

Un pozo puede someterse a varios ciclos de inyección, mínimo 2 cada 15 días, que dependerán de fas condiciones mecánicas def pozo y de la producción. La tasa de incremento de producción a 24 horas que se han observado con este sistema, han sido superiores al 30% en pozos de alta productividad, así como incrementos en formaciones de baja productividad de más de un 100%, dichos incrementos dependen de factores propios de la formación, tipo de crudo, tipo de sistema de recuperación, "API del aceite, entre otras características técnicas presentes en los pozos a tratar. Adicionalmente, la tecnología de esta invención es aplicable a cualquier tipo de geología del yacimiento, arenas continuas y discontinuas, calizas, calizas naturalmente fracturadas, etc.; por lo que no se requiere de estudios complejos o simulación numérica de yacimientos para su aplicación.

En el caso de limpieza de instalaciones de superficie, los resultados son inmediatos una vez terminado el tratamiento con vapor sobrecalentado, reduciéndose además los costos operativos al minimizarse los tiempos de paro de las instalaciones, como por ejemplo sería la limpieza de un Intercambiador de calor en una refinería.

La inyección cíclica de vapor sobrecalentado empleando el sistema de la presente invención, es un método de recuperación mejorada que consiste en inyectar vapor sobrecalentado al yacimiento por un corto periodo de tiempo; una vez inyectado él vapor, el pozo es cerrado para que el vapor transfiera su energía calorífica al yacimiento; y, finalmente el pozo es abierto a producción. El ciclo se repite hasta que el pozo deja de ser rentable.

La inyección de vapor permite reducir la viscosidad del aceite dentro del yacimiento para mejorar la movilidad del mismo y permitir su desplazamiento hacia el sistema de producción, así como remover las parafinas, asfáltenos y sólidos presentes, que generan taponamientos en los sistemas. El presente sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrogeno, además de la estimulación de yacimientos, se puede utilizar también para la limpieza de los aparejos utilizados durante el bombeo mecánico, mejorando de esta manera las condiciones de operación del sistema de bombeo mecánico y mejorando la aportación de fluido del pozo, al estarse limpiando la cara de los intervalos productores (sistema a fondo de pozo donde ingresa el aceite para subir a la superficie), estas pequeñas ranuras pierden eficacia al encontrarse tapadas y por consecuencia evitan la salida de aceite, reduciendo considerablemente la producción del pozo.

Asimismo, con la intervención del sistema de la presente invención, se restaura la capacidad natural del pozo de producir aceite.

Es muy importante mencionar que el vapor convencional no funciona en pozos horizontales por su condición de "agua caliente en fondo"; sin embargo, el sistema de vapor sobrecalentado de la presente invención, sí funciona en la horizontal, ya que nunca pierde su condición de fase gaseosa, lo que permite intervenir pozos en los cuales se han llevado a cabo fracturas y multííracturas horizontales, así como en pozos de las nuevas técnicas de "fracking (fractura),

La aplicación del sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrógeno, con respecto a los métodos convencionales en la aplicación de la metodología "Huff and Puff de inyección de vapor, no tiene comparación en tiempo, eficiencia y costo, además de que la tecnología convencional para limpieza de pozos de producción, requiere de pozos térmicos para la inyección prolongada de por al menos 28 días.

Vapor

Característica Caldera convencional

Sobrecalentado

Tiempo de inyección 28 a 40 días continuos 30 min a 3 horas

Tiempo de cierre 30 días 1 día

Tiempo de producción 6 a 7 meses 3 semanas a 3

incrementai meses

Pozos térmicos especiales Requiere No requiere

Uso de combustible fósil Requiere No requiere

Uso de agua tratada Requiere No requiere

Conexiones especiales y Requiere No requiere

aislamiento térmico PRINCIPIO DE APLICACIÓN

La eliminación de sólidos en pozos petroleros con vapor sobrecalentado se da bajo el principio de transmisión de calor, al incrementar la temperatura de los componentes de hidrocarburos estos reducen su viscosidad aumentando su movilidad y son removidos liberando el espacio obstruido y permitiendo el libre paso de fluidos. Por otra parte en la estimulación de yacimientos, se considera el mismo principio, ya que al obtener un incremento de temperatura, no solo se remueve el daño en la vecindad del pozo, sino que también se reduce la viscosidad del aceite permitiendo mayor aporte de fluido de la formación al pozo, incrementando asi la producción de hidrocarburos y haciendo más rentable cualquier proyecto petrolero.

Realizando la limpieza y/o estimulación, garantizamos el aseguramiento de flujo en el sistema integral de producción obteniéndose una mayor rentabilidad. Asimismo, la aplicación de tecnología térmica ayuda significativamente a solventar los problemas de daños en la formación, del tipo fenómenos interfaciales, como son: bloqueo por emulsiones que ocurre cuando una emulsión viscosa ocupa el espacio poroso cercano ai pozo bloqueando ei fiujo, disminuyendo ia tasa de productividad, o bien, alteración de la mojabilidad o permeabilidad, que ocurre cuando la precipitación de asfáltenos en el medio poroso, altera la permeabilidad de la formación, la roca queda mojada por el petróleo, disminuyendo la permeabilidad relativa de éste, lo que dificulta su movimiento en el medio poroso.

El incremento de temperatura, es el método más eficiente para la limpieza y remoción de componentes pesados de hidrocarburos, al reducirse la viscosidad del aceite, lo que permite su desplazamiento a través del aparejo de producción.

La versatilidad del sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrógeno, permite tener una mayor temperatura de inyección y una mejor calidad en el vapor que se obtiene, que cualquier otro sistema conocido dei arte previo, lo que permite llegar a una mayor profundidad, obtener diferenciales de temperatura mayores que las existentes en el pozo y por consecuencia una mayor efectividad en la limpieza de los aparejos.

Otras ventajas que presenta el uso de vapor de agua sobrecalentado a partir de peróxido de hidrógeno, es que se genera vapor sin gotas de agua en suspensión, no se genera emisión de gases de efecto invernadero por la quema de combustibles fósiles, no se generan desechos contaminantes, no se presentan riesgos de incendio, no se contamina el crudo, ni se corroen las tuberías. Por otro lado, cuando el sistema de la presente invención se emplea para la limpieza de los aparejos, el principal parámetro a evaluar es la comparativa de las condiciones de operación esperada, condiciones de operación actuales, condiciones de operación durante la prueba y condiciones de operación finales; sin embargo, el parámetro a medir más representativo que nos indica si la limpieza del aparejo y el pozo son efectivas, es el porcentaje de esfuerzo en las varillas.

El procedimiento para la limpieza de los aparejos es el siguiente:

a) Considerar el diseño del aparejo de bombeo mecánico:

- Estado mecánico e historial de producción.

- Operación del pozo en condiciones ideales.

- Potencial de incremento de producción.

- Volumetría del vapor a inyectar.

- Obstrucciones a lo largo del aparejo.

- Por donde se hará la inyección de vapor (tubería de producción TP o tubería de revestimiento TR).

b) Análisis de cartas dinamomótricas históricas.

c) Análisis de cartas dinamomótricas previas a la intervención.

d) Análisis de cartas dinamomótricas durante la intervención.

e) Análisis de cartas dinamométricas después de la intervención.

0 Optimización del bombeo mecánico.

Estas consideraciones dan como resultado un documento denominado Bases de Diseño, en el cual se especifican todos los requerimientos que pueden ser tomados en cuenta para la operación, para el caso de pozos con obstrucción de parafinas en tubería de producción (TP) se consideran tres modalidades de intervención:

a) Inyección directa por TP.- Este caso se considera cuando se tiene identificada una obstrucción parcial de la TP, como margen de operación se considera en el caso de tener resistencia en el bombeo, represionar la TP con inyección de vapor sobrecalentado hasta las 500 psi.

b) Inyección por tubería de revestimiento (TR).- Este caso se considera cuando se tiene identificada una obstrucción total en la TP, la operación consiste en inyectar vapor sobrecalentado por la TR hasta represionar la misma a 500 psi, cerrar el pozo y dar tiempo de espera de 2 horas aproximadamente para que el caior se transmita hacia la TP removiendo ia obstrucción por medio del calentamiento de los sólidos alojados en la TP. c) Inyección de vapor en pozos sin tubería de producción por conexión en la latera!.

Los aspectos fundamentales a evaluar son la correcta operación del sistema de bombeo mecánico y el beneficio en incrementos de producción que se pueden llegar a obtener al utilizar el sistema de la presente invención.

La aplicación del sistema de la presente invención, tiene como finalidad garantizar el aseguramiento del flujo a través del sistema Integral de producción, removiendo obstrucciones, optimizando instalaciones y garantizando el correcto funcionamiento de los diferentes tipos de aparejo de producción.

Es importante mencionar que el sistema de la presente invención, emplea una tecnología innovadora para la generación de vapor de agua sobrecalentado mediante el uso de peróxido de hidrogeno, de manera que la transmisión de calor en un flujo homogéneo de vapor (vapor sobrecalentado), permita remover depósitos de parafinas, asfáltenos, aceite pesado y sólidos, depósitos que obstruyen el flujo de fluidos, ocasionando un mal funcionamiento de los aparejos de producción, o incluso pueden dejar inoperante algún componente de! sistema integral de producción.

Et principio del funcionamiento se basa en la transmisión de energía térmica a muy alta temperatura (vapor sobrecalentado) y con una calidad del vapor del 100%, que al estar en contacto con los depósitos de componentes pesados de crudo, reduce su viscosidad y los hace altamente fluidos, por lo que se remueven y permiten el paso libre de los fluidos y el correcto funcionamiento de los componentes del sistema integral de producción.

El sistema de la presente invención, se puede emplear para:

1. Estimulación de pozos.- Mediante la transmisión de energía térmica en el medio poroso, se aumenta el flujo de fluidos en el yacimiento obteniendo mejoras muy significativas en cuanto a la productividad del pozo y la recuperación de aceite, mejorando la rentabilidad y alargando la vida de los yacimientos, incrementando significativamente la producción de aceite.

2. Limpieza de vecindad del pozo y cara de los intervalos.- La mayor afectación o daño por fluidos de perforación y fluidos de fractura se da en la zona circundante al pozo que se conoce como "vecindad del pozo". En esta zona se encuentra el mayor cambio en las condiciones de flujo en el yacimiento, por lo que también es la zona donde al cambiar las condiciones de presión y temperatura, el aceite tiende a precipitar parafinas y asfáltenos que obstruyen la entrada de fluidos al pozo. Con el sistema de la presente invención, al realizar la inyección de vapor sobrecalentado se transmite energía térmica, la cual remueve el daño en la vecindad del pozo y el intervalo productor, eliminando la obstrucción por parafinas y asfáltenos; de esta manera se obtienen canales de flujo limpios que permiten el aporte de fluidos al pozo y por consecuencia una mayor captación de producción.

, Limpieza de aparejos.- Para el caso de campos maduros, que manejan aceites pesados o de baja productividad, es indispensable el uso de sistemas artificiales de producción. Debido a las condiciones del fluido de producción y las condiciones mecánicas propias del sistema, la presencia de componentes pesados derivados del aceite y/o en combinación con sólidos de aporte de la formación fracturada, se forman obstrucciones que no permiten el correcto funcionamiento del sistema artificial o lo dejan inoperante. Mediante las circulaciones de vapor sobrecalentado con el sistema de la presente invención, se remueven todos los sólidos que causan la problemática antes mencionada, dejando los aparejos en óptimas condiciones para operar, ofreciendo e! beneficio de no solo limpiar los componentes de! sistema, sino también todas las tuberías del pozo y la cara de los intervalos.

Limpieza de líneas de descarga y ductos de transporte.- A lo largo de las líneas de producción y de los ductos de transporte, existen diversas condiciones para el trazado de la línea, como lo son la reducción o ampliación de diámetros, los cambios de trayectoria y/o batimetría; así como la exposición a temperaturas del medio ambiente, que influyen en ios esfuerzos cortantes y en ios cambios de temperatura durante el trazado, condiciones que favorecen la precipitación de parafinas y asfáltenos. Por otra parte, por las mismas características del fluido de producción, al verse expuesto a condiciones por debajo de su punto de burbuja, se pierden grandes cantidades de gas, por lo que el fluido ve modificado su comportamiento reduciendo la viscosidad y generando altas contrapresiones en el sistema integral de producción completo. Con la limpieza mediante el sistema de la presente invención, se remueven las obstrucciones dejando disponible el total del área de flujo de la tubería, para el libre paso de los fluidos de producción, reduciendo así las contrapresiones del sistema. Cuando se cuenta con la presencia de aceites extra pesados de muy baja viscosidad, se pueden determinar puntos de inyección continua a lo largo del ducto, garantizando así una reducción en la viscosidad durante toda su trayectoria, lo que lo convierte en un sistema integral de aseguramiento de flujo.

5. Limpieza de instalaciones.* Los diversos equipos de producción también son susceptibles al mal funcionamiento o inhabilitación por la presencia de pesados, parafinas y sólidos. Con el sistema de la presente invención, al emplearse vapor sobrecalentado, es posible realizar la limpieza de los equipos y accesorios, sin la necesidad de tener que desmontarlos, ni someterlos a mantenimiento mayor que implique su traslado o desinstalación. Ahora bien, la filosofía de operación del sistema de la presente invención, contempla cumplir estrictamente con normas de seguridad y de protección al medio ambiente al nivel nacional e internacional, por lo que en todo momento se satisfacen los estándares de seguridad y protección ambiental más estrictos.

El procedimiento para la operación y aplicación del sistema de fa presente Invención en pozo es el siguiente:

1}.- Verificación de instalaciones en campo (visita al sitio y determinación de ruta de acceso).

2),- Preparativos previos a la intervención (se verifican insumos, herramientas, equipo de seguridad y señalizaciones necesarias para realizar la intervención, condiciones y funcionalidad del equipo).

3).- Traslado del equipo al sitio de la intervención.

4) .- Ubicación del equipo y verificación de las condiciones de instalación,

5) .- Reunión con el persona) para establecer el programa de trabajo y repasar el plan de seguridad de la instalación (plan de respuesta a emergencias).

6) ,- Instalación del equipo (Ver Figura 2).- Se inician las actividades propias de la intervención y se realizan las interconexiones necesarias (las líneas de producción que no estén involucradas, se aislan de la(s) línea(s) que es(son) intervenida(s)).

7) .- Junta de inicio de Operación para asignar responsabilidades y detallar las etapas a seguir.

8) .- Precalentamiento del sistema.

9).- Limpieza de aparejo:

a).- Se realiza la inyección por la tubería de producción (TP) o por la tubería de revestimiento (TR) según sea el caso, hasta alcanzar la presión determinada en el diseño de la intervención previo, una vez alcanzada dicha presión se cierra el pozo y se da tiempo de reposo de aproximadamente 2 horas, se monitorea la presión en TP y se efectúa la apertura del pozo verificando la salida de fluidos. b).- Se realiza la limpieza del aparejo abriendo válvula de TR para la inyección de vapor sobrecalentado, se mantiene abierta la válvula de TP y se monitorea la presión en TP a la salida hasta observar retorno de fluido con vapor. Una vez alcanzada esta condición se deja circular el pozo por un periodo de 5 min para garantizar la remoción de cualquier componente pesado en el aparejo.

10) .· Inducción del pozo:

a) .- Una vez abatida la presión del pozo, se procede a realizar el tratamiento de estimulación del mismo, inyectando vapor sobrecalentado con el sistema de la presente invención de acuerdo a las condiciones de diseño. Se cierra el pozo dando tiempo de remojo y se evalúa su aporte de producción.

b) .- Se realiza el cierre de válvula de salida en TP y se inicia la inyección de vapor sobrecalentado a la formación. El tiempo de inyección dependerá de las condiciones del pozo analizadas y propuestas. Una vez alcanzado el tiempo programado de inyección, se cierra la válvula de inyección en TR y se suspende el bombeo de vapor, cerrando las válvulas del cabezal.

11) .- Desconexión de equipos.

12) .- Retiro del equipo.

13) .- Apertura del pozo.- Una vez transcurrido el tiempo de remojo (1 hr. para limpieza y hasta 48 hrs. para estimulación), se abre el pozo y se alinea a los equipos de producción. Se evalúan los resultados verificando aporte del pozo y condiciones de la operación del sistema artificial.

14) .- Monitoreo y seguimiento.- Se evalúa de manera constante la producción del pozo, con monitoreo de los niveles en tanque, estableciendo un límite para realizar de nuevo el tratamiento. Una vez que la producción declina a un punto predeterminado, se realiza nuevamente el tratamiento para restablecer la producción.

Asimismo, el sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrógeno, puede ser empleado para la limpieza de líneas de descarga, oleogasoductos y conexiones al cabezal de recolección, Los parámetros a evaluar durante la operación, es la contrapresión que existe en la línea de descarga, para lo cual se miden las presiones en la cabeza del pozo y en la conexión al cabezal para determinar el diferencial de presión en la linea. Una vez realizada la limpieza, se vuelve a medir el diferencial de presión, con lo que se determinará la efectividad del tratamiento empleando el sistema de generación de vapor de la presente invención. Al realizar la limpieza, se hace uso de un tanque de desechos o presa metálica, para contener los desechos que salgan de las tuberías como consecuencia de la limpieza, y de esta manera también es posible determinar si existe la presencia de sólidos en la línea de descarga que obstruyen el libre paso de fluidos hacia el cabezal de recolección.

El procedimiento para llevar a cabo la limpieza de las líneas de descarga, mediante el presente sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrógeno, es el siguiente:

1) .- Traslado del equipo al sitio de la intervención.

2) .- Ubicación del equipo y verificación de ias condiciones de instalación.

3) .- Reunión con el personal para establecer el programa de trabajo y repasar el plan de seguridad de la instalación (plan de respuesta a emergencias).

4) .- Instalación del equipo:

a) .- Conexión de la salida del generador de vapor a la bajante de la línea de descarga.

b) .- Conexión de la línea de descarga a la presa metálica,

o).- Verificación de componentes e instalación . (check ¡ist).

6) .- Junta de inicio de la operación para confirmar asignación de responsabilidades y detallar las etapas a seguir.

7) ,- Precalentamiento del sistema de generación de vapor (arranque de! equipo).

8) .- Una vez alcanzadas las condiciones de presión, temperatura y saturación de vapor, se inicia la inyección para la limpieza de la línea de acuerdo a los volúmenes calculados previamente para eí tratamiento.

9) .- Se verifican las características de color en la salida de la presa metálica.

10) .- Se realiza ei cierre de la alimentación de vapor sobrecalentado y se procede a reconectar la línea de descarga al cabezal.

11) .- Se verifica que las líneas se encuentren despresurizadas y se realiza la desconexión de equipo.

12) ,- Se desmantela el equipo en su totalidad y se verifica el orden y limpieza del área.

13) .- Se evalúan los resultados y se determina si existen mejoras en las condiciones de flujo, así como reducción de ia diferencial de presión a ia entrada y a la salida de la línea.

El sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrógeno de la presente invención, puede ser utilizado también para la limpieza térmica de ductos de medición en la instalación y ductos de producción general de la misma instalación. El parámetro a evaluar es la contrapresión que existe en la línea de descarga, por lo que se miden las presiones en ía cabeza del pozo y en la conexión al cabezal, para determinar el diferencial de presión en la línea. Una vez realizada la limpieza, se vuelve a medir el diferencial de presión para determinar la efectividad del tratamiento.

Ai realizar la limpieza a un tanque de desechos o presa metálica, también se puede determinar si existe la presencia de sólidos en la linea de descarga, que obstruyen el libre paso de fluidos hacia el cabezal de recolección.

El procedimiento para llevar a cabo, la limpieza térmica de los ductos de medición y de los ductos de producción general en la instalación es el siguiente:

1) .- Traslado del equipo al sitio de la intervención.

2) .- Ubicación del equipo y verificación de las condiciones de instalación.

3) .- Reunión con el personal para establecer el programa de trabajo y repasar el plan de seguridad de la instalación (plan de respuesta a emergencias).

4) .- Instalación del equipo. Interconexión del sistema de generación de vapor al ducto,

5) .- Verificación de componentes e instalación (check list).

6) .- Junta de inicio de la operación para confirmar asignación de responsabilidades y detallar las etapas a seguir.

7) .- Precalentamiento del sistema de generación de vapor (arranque del equipo).

8) .- Una vez alcanzadas las condiciones de presión, temperatura y saturación de vapor, se inicia la inyección para la limpieza de la línea de acuerdo a ios volúmenes calculados para el tratamiento.

9) .- Se realiza el cierre de las válvulas de bloqueo de los ductos.

10) .- Se realiza el cierre de la alimentación de vapor sobrecalentado.

11) .- Se verifica que las líneas se encuentren despresurizadas y se realiza la desconexión de equipo.

12) .- Se desmantela el equipo en su totalidad y se verifica el orden y limpieza del área.

13) .- Se evalúan los resultados y se determina si existen mejoras en las condiciones de flujo, así como reducción de la diferencial de presión a la entrada y a la salida de la línea.

Ahora bien, cuando el sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrógeno se emplea para la estimulación de yacimientos petrolíferos costa afuera (offshore), el procedimiento es el siguiente: 1) .- Medición del pozo antes del tratamiento.

2) .- Introducir el sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado directamente en el lecho del pozo en forma de cámaras, el cual contará con las características adecuadas para amoldarse a la tubería y las condiciones del fondo, de manera que la reacción se genere directamente en el fondo del pozo, o bien, puede hacerse la inyección desde la superficie utilizando tubería flexible.

3) .- Dependiendo de las características del pozo, colocar en serie o no, varios equipos interconectados entre sí, para generar la reacción en cadena, evitando con ello tanto la perdida de presión y contrarrestar, el choque térmico.

4) .- Cerrar el pozo para dar tiempo de remojo y se efectúe la transmisión de calor.

5) .- Abrir pozo y monitorear producción.

6) .- Una vez que se alcanza de nuevo la producción con que se inició la estimulación, repetir el tratamiento.

Previo a la puesta en marcha, se debe de llevar a cabo lo siguiente:

1) .- Verificación de instalaciones en campo (visita al sitio y determinación de ruta de

2) .- Preparativos previos a la intervención (se verifican árboles de válvulas, tipo de conexiones a emplear, medidas de seguridad, conexión de sistemas de contención).

3) .- Acondicionamiento de la ruta de acceso.

4) .- Para el caso de la limpieza de aparejos, se requiere tener abiertos los pozos por la tubería de revestimiento cuando menos 5 días antes de la intervención para no tener represionamiento de gas para la inyección de vapor.

5) .- Verificación de ruta de acceso un día antes de la intervención para prevenir contratiempos.

La intervención consiste en:

1) .- Preparativos previos a la intervención (se verifican insumos, herramientas, equipo de seguridad y señalizaciones necesarias para realizar la intervención, condiciones y funcionalidad del equipo).

2) .- Traslado del equipo al sitio de la intervención.

3) .- Ubicación del equipo y verificación de las condiciones de instalación.

4) .- Reunión con el personal para establecer el programa de trabajo y repasar el plan de seguridad de la instalación (pian de respuesta a emergencias).

5) .- Se toma evidencia fotográfica del estado de la localización, árbol de válvulas, contrapozo y equipos, para realizar el reporte correspondiente. 6) .- Instalación del equipo.- Se proceden a acomodar los equipos requeridos, quedando situada la unidad que emplea el sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado de la presente invención, a 2 metros del cabezal frente al pozo.

7) .- Se realiza la interconexión del sistema de géneración de vapor de agua sobrecalentado con las instalaciones del pozo (yacimiento) a estimular, asi como la presa metálica.

8) .- Junta de Inicio de operación para asignar responsabilidades y detallar los pasos a seguir.

9) .- Se verifica que se encuentren cerradas todas las válvulas del sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado.

10) .- Se abre el suministro de peróxido de hidrógeno a la bomba.

11) .- Se abre el venteo de la cámara de reacción a la atmosfera.

12) ,- Se inicia el bombeo de peróxido de hidrógeno a la cámara de reacción del presente sistema.

13) .- Se verifica la temperatura y calidad del vapor a la salida de cámara de reacción.

14) .- Una vez alcanzada la temperatura deseada, se inicia la inyección al pozo.

15) .- Se regula la presión cerrando parcialmente el venteo, una vez alcanzada la presión deseada, se mantiene el cierre parcial o total del venteo,

16) .- Se mantiene la operación de la bomba, hasta que se estabiliza el flujo del peróxido de hidrógeno.

17) .- Una vez que se ha bombeado el volumen teórico calculado de peróxido de hidrógeno, se detiene el bombeo (paro de bomba).

18) .- Se cierra la interconexión del sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado con las instalaciones del pozo (yacimiento) a estimular.

19) .- Se cierra la alimentación de peróxido a la bomba.

20) .- Se desfoga cualquier presión en el sistema para generación de vapor de agua sobrecalentado, abriendo completamente el venteo.

21) .- Se realiza la desconexión del sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado con las Instalaciones del pozo (yacimiento) a estimular.

22) .- Se realiza la desconexión de la línea a la presa metálica.

23) .- Se realiza la interconexión del bajante a la línea de producción.

24) .- Se aseguran y desmantelan los equipos.

EJEMPLOS DE APLICACIÓN

A continuación se presentan tres ejemplos de aplicación del sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrógeno de la presente invención, en donde en los dos primeros se realizó la limpieza de aparejos de bombeo mecánico y en el tercer ejemplo, se llevó a cabo un proceso de estimulación.

POZQ 1

PRINCIPIO DE APLICACION

La eliminación de sólidos en pozos petroleros empleando vapor sobrecalentado, se da bajo el principio de la transmisión de calor. Al incrementarse la temperatura de los compuestos de hidrocarburos, estos reducen su viscosidad y aumentan su movilidad, por lo que son removidos liberando ei espacio obstruido y permitiendo el libre paso de fluidos. Por otra parte en la estimulación de yacimientos, se considera ef mismo principio de incremento en la temperatura de los hidrocarburos generado por el vapor sobrecalentado, lo que permite que no solo se remueva el daño en ¡a vecindad del pozo, sino que también se reduce ¡a viscosidad dei aceite permitiendo mayor aporte de fluido de la formación al pozo, incrementando así la producción de hidrocarburos y haciendo más rentable cualquier proyecto petrolero.

Al realizar la limpieza y/o estimulación del pozo, se garantiza el aseguramiento de flujo en el sistema integral de producción, obteniéndose una mayor rentabilidad en cualquier proyecto petrolero.

OBJETIVO

Derivado de la alta presencia de parafina encontrada en el Pozo 1, se propuso realizar ia limpieza del aparejo de bombeo neumático, empleando la inyección de vapor en el aparejo, vapor que fue obtenido mediante el sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado usando peróxido de hidrogeno de la presente invención, con lo que se mejoraron las condiciones de operación del sistema artificial de bombeo neumático y la aportación de fluido del pozo.

ANTECEDENTES:

En la Figura 3 y en la siguiente tabla, se muestran las mediciones efectuadas al pozo Sánchez Magallanes 2019 previo a la intervención. El pozo presentaba un flujó (Qo) de 87.6 barriles por día (BPD).

CRITERIOS DE EVALUACIÓN

Para la realización de la limpieza del aparejo, se definieron los siguientes puntos para la evaluación:

1. EFICIENCIA DEL EQUIPO: Considerando transporte, instalación, versatilidad, tiempo de operación.

2. FUNCIONAMIENTO DE APAREJO DE BOMBEO NEUMÁTICO: Se considera la correcta apertura y cierre de todas y cada una de las válvulas del aparejo.

3. EVALUACIÓN DE PRODUCCIÓN: Se considera la comparación entre la medición previa a la operación y !a posterior a la misma.

4. OBSERVACIÓN DE RETORNO DE FLUIDOS A PRESA METÁLICA: Se toman muestra de los fluidos que retornen, asi como medición de los mismos.

DESARROLLO DE ACTIVIDADES

Se muestran las actividades realizadas.

HORA OPERACION

Llegada del personal operativo. Se efectúa el llenado del permiso de:30-11 :30

trabajo en pozo.

Se realizan las conexiones del sistema a la tubería de revestimiento (TR) y de presa metálica a la salida de la tubería de producción (TP) con base:30-1:30 en las recomendaciones de personal de seguridad de las instalaciones.

Se prueban líneas, no se detectan fugas en línea y válvulas de desfogue a presa.

Se Inicia con el encendido del sistema de generación de vapor, con una presión inicial en TP de 7 kg/cm 2 . Se realiza inyección de vapor por el:00-14:45

espacio anular a 150 libras/pulg 2 de presión y una temperatura promedio de 110 *C. Se realiza la inyección por 45 min, detectándose un aumento ' de presión en el sistema hasta 300 libras/pulg 2 . Se corta la inyección de vapor para dar inicio al intercambio térmico hacia el aparejo.:00-15:15 Se da tiempo para el intercambio térmico para la limpieza del aparejo.

Se operó el pozo con bombeo neumático alineando a la presa,:15-16:30

recuperando 3 m 3 de parafina

Se realiza ia recuperación de la parafina de la presa metálica, por una pipa enviada por el personal de operaciones. Se realiza la desconexión:30 - 17:00 del equipo, se verifica la localización aplicando orden y limpieza. Se retira el equipo.

RESULTADOS

EFICIENCIA DEL EQUIPO - ÉXITOSO

a. El transporte se realizó sin contratiempo afguno debido a las características físicas y al diseño del equipo

b. En cuanto a la instalación, se realizó en un tiempo de 2.5 hrs. Aquí se encontró un área de oportunidad que podrá ser mejorada mediante el uso de mangueras flexibles de alta presión y alta temperatura para las conexiones a ras de piso.

c. ΕΓ tiempo de operación del equipo fue de 45 min, inyectando un volumen de 35 m 3 a condiciones de pozo, a una presión promedio de 150 psi y una temperatura promedio de 230 F ( 10°C). d. Se observó retorno de parafinas en presa metálica y se procedió a toma de muestras.

FUNCIONAMIENTO APAREJO DE BOMBEO NEUMÁTICO - ÉXITOSO: e. Con respecto al funcionamiento del aparejo de BN posterior a la operación, personal encargado de pozo operaron el aparejo verificando la correcta apertura y cierre de las 7 válvulas de achique quedando el pozo operando con la válvula de orificio, aportando fluido de producción. EVALUACIÓN DE PRODUCCIÓN - ÉXITOSO:

f. Se muestra la medición del pozo posterior a la Intervención:

El pozo presentó un flujo (Qo) de 119.760 barriles por dfa (BPD).

En la Figura 4 se muestra la gráfica en donde se puede observar el historial de producción del pozo 1 antes y después del tratamiento con el sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado de ia presente invención.

COMENTARIOS FINALES

• Como resultado de la limpieza del aparejo de producción con BN del pozo, se observó que la limpieza fue exitosa al observar el retorno de la parafina alojada en TP.

• Al operar el BN se observó la correcta apertura y cierre de todas las válvulas del aparejo; quedando operando con una baja de presión en la red de BN de 30 kg/cm 2 a 15 kg/cm 2 observando aporte de aceite alineado a batería.

• Se muestra un aumento de 36.71% en la producción diarla del pozo.

• Se recomienda el uso de mangueras flexibles para alta presión y alta temperatura para minimizar puntos de fuga, tiempos de Instalación y logística.

• Se cumplió con los requerimientos de seguridad solicitados por el operador para llevar a cabo la actividad; acatando en todo momento las observaciones realizadas por e! personal de seguridad.

POZO 2

OBJETIVO

Realizar la limpieza térmica con la inyección de vapor sobrecalentado generado mediante peróxido de hidrogeno en el pozo 2, mejorando las condiciones de operación del sistema artificial de bombeo mecánico y mejorando la aportación de fluido del pozo. En las Figuras 5 y 6 se muestra el comportamiento del pozo 2.

CRITERIOS DE EVALUACIÓN

Para la realización de esta intervención, se definieron los siguientes puntos para la evaluación:

1. EFICIENCIA DEL EQUIPO: Considerando transporte, instalación, versatilidad, tiempo de operación.

2. EFICIENCIA DE APAREJO DE BOMBEO MECÁNICO: Se considera ia reducción de carga en la UBM y la óptima operación del sistema

3. EVALUACIÓN DE PRODUCCIÓN: Se considera la comparación entre la medición previa a la operación y la posterior a la misma.

DESARROLLO DE ACTIVIDADES:

Se muestran las actividades realizadas.

HORA OPERACIÓ

:00-15:00 Alineado a presa metálica se desfoga pozo de 100 psl en TR a 0 psi.

Con pozo alineado a presa metálica, se realiza inyección de vapor sobrecalentado por espacio anular con 250 psi de presión y una temperatura que osciló entre 230°F (110°C) y 284°F (140°C) en línea de:00-15:40 inyección y un aumento de temperatura en la linea de TP (retorno) de 40 a 92°C, se realiza inyección por 35 min, Donde se observa salida de vapor junto con aceite a presa metálica. Volumen total de vapor inyectado 175 m 3 a condiciones de superficie.

Se pone en operación UBM para desalojo de fluidos alineados a presa metálica, observando retorno de aceite y parafinas, se toman muestras. Personal operativo alinea pozo a producción, se realiza desconexión del:00-17:00

equipo, se realiza succión de fluidos de presa metálica se verifica la localización aplicando orden y limpieza. Se retira equipo de la localización. RESULTADOS

EFICIENCIA DEL EQUIPO - ÉXITOSO:

a. El transporte se realizó sin contratiempo alguno debido a las características físicas y al diseño del equipo

b, En cuanto a la instalación, se realizó en un tiempo de 3 hrs. Aquí se encontró un área de oportunidad que podrá ser mejorada mediante el uso de mangueras flexibles de alta presión y alta temperatura para las conexiones a ras de piso.

c, El tiempo de operación del equipo fue de 35 min, inyectando un volumen de 52,5 m 3 a condiciones de pozo, a una presión promedio de 150 psi y una temperatura promedio de 248°F (120°C). d. Se observó circulación de vapor con retorno de parafinas con fluidos de producción en presa metálica sin necesidad de operar la UBM..

EFICIENCIA DE APAREJO DE BOMBEO MECÁNICO - ÉXITOSO:

Con respecto a la eficiencia del BM, se verificó con la carta dinamométrica observando una gran mejoría en !a eficiencia de! bombeo mecánico, mejor üenado de la bomba y mayor producción.

En la Figura 7 se muestra el comportamiento del pozo antes de la intervención y en la Figura 8 se muestra el comportamiento del pozo después de la intervención.

EVALUACIÓN DE PRODUCCIÓN

Se muestra la medición del pozo posterior a la intervención obteniendo 36 barriles por día (BPD) de producción incremental.

En la Figura 9 se muestra la gráfica de historial de producción e incremento de producción después de la intervención.

OBSERVACIONES Y COMENTARIOS

Como resultado de la limpieza del aparejo de producción de BM del pozo se observa lo siguiente:

• Se observó circulación completa de vapor, conforme a programa.

• Personal de émpresa de medición mencionó que de forma cualitativa observó mejoría en el funcionamiento del motor de la UBM.

• Se observó retorno de sólidos y parafinas tanto en presa metálica como en las muestras tomadas., confirmando la remoción de material alojado en el interior de TP Se realizará toma de ecómetro y carta dinamométrica para comparación del antes y después del tratamiento.

POZO 3 OBJETIVO

Aumentar la producción del pozo tratado, removiendo daños en la formación y mejorando la movilidad de fluidos con la inyección de vapor sobrecalentado generado mediante peróxido de hidrogeno; asimismo, mejorando tas condiciones de operación del sistema artificial de bombeo mecánico y mejorando la aportación de fluido del pozo,

ANTECEDENTE

El área de Odessa-Midland se encuentra ubicada en el sur de Texas y contiene yacimientos de arenas intercaladas con tipos de crudo que en su mayoría van del tipo pesa a extra pesado, los campos tienen en un 90% sistemas de recuperación secundaria siendo e! tipo de bombeo mecánico e! prevaleciente en ios pozos.

ALCANCES

• Aumentar la producción en pozos petroleros mediante ia estimulación por medio de vapor sobrecalentado.

• Evaluar el impacto de la tecnología respecto a tiempos de limpieza y remoción de sólidos en los componentes del pozo.

♦ Evaluar el alcance de la tecnología en cuanto a tiempo de intervención, gasto de peróxido de hidrogeno y reactivos.

♦ Validar los procedimientos y criterios de evaluación de cada intervención en pozos petroleros.

♦ Verificar las condiciones operativas en general de pozos petroleros en el área.

• Probar la tecnología en pozos de cavidad progresiva.

CARACTERÍSTICA DEL POZO

Pozo 1 :

Profundidad: 350 metros. Arreglo: TR y TP.

Presión de fondo: 20 libras.

Presión del cabezal: 50 libras.

Tipo de bomba: Cavidad Progresiva.

Producción Promedio: 1 barril al día.

Pozo 2:

Profundidad: 600 metros.

Arreglo: TR y TP.

Presión de fondo: 25 libras.

Presión del cabezal: 100 libras.

Tipo de bomba: Bombeo Mecánico Mark II.

Producción Promedio: 1.5 barril al día.

Se observó que en el pozo 1 se tenia muy baja presión, lo cual Indica obstrucciones por precipitación de parafinas, se observó el uso de químicos rompedores de emulsión para controlar dichas precipitaciones, e! crudo extraído del pozo es extra pesado, se tiene operando en el pozo una bomba de cavidad progresiva por la densidad del crudo y para el manejo de sólidos que contiene el pozo, cabe destacar que es la primera vez que se aplica un sistema de vapor en pozos de estas características.

En el pozo 2 se observaron precipitaciones de parafinas y el uso de químicos rompedores de emulsión para controlar dichas precipitaciones, el pozo estaba operando con una bomba mecánica Mark II, la cual solamente opera alrededor de 1 hora diaria, se observa crudo pesado, este pozo fue sometido a un proceso de "fracking" (fractura), aumentando su producción a 40 barriles diarios la misma que decayó durante un mes a su producción actual que es de 1.5 barriles diarios.

INTERVENCIÓN CON EL SISTEMA DE VAPOR SOBRECALENTADO EN EL POZO 1 (CAVIDAD PROGRESIVA)

Se determinaron los siguientes parámetros de operación:

• Tiempo de intervención: 30 minutos

• Temperatura máxima de operación: 140* C.

• Presión máxima de operación: 150 psí.

• Conexión del sistema por TR (tubería de revestimiento) dejando abierta TP (tubería de producción) en todo momento. Debido a que el tipo de bomba de este pozo tiene un elastómero que puede ser susceptible de ser dañado por altas temperaturas, y considerando que nunca se había utilizado un medio térmico de estimulación o limpieza en este tipo de bombas, se procedió a intervenir el pozo con medidas de supervisión adicionales, monítoreando en todo tiempo el comportamiento de la bomba y dejando funcionando la misma para evitar acumulación de presión o temperatura en la bomba, al final el tiempo de intervención en el pozo fue de 17 minutos con los siguientes resultados:

• La inyección de vapor se realizó por TR, la circulación completa del pozo tardo tan sólo 5 minutos observando vapor sobrecalentado de salida por TP.

• Se observó la salida de parafinas una vez circulado en pozo durante 2 minutos más y posteriormente aceite con una densidad menor.

RESULTADOS:

• Se incrementó la producción del pozo en 10 barriles diarlos, la bomba nunca dejó de operar.

INTERVENCIÓN CON EL SISTEMA DE VAPOR SOBRECALENTADO EN EL POZO 2 (BOMBEO MECANICO)

Se determinaron los siguientes parámetros de operación para el pozo 2:

• Tiempo de intervención: 1 hora

• Temperatura máxima de operación: 180° C.

• Presión máxima de operación: 200 psi.

• Conexión del sistema de generación de vapor de agua sobrecalentado por TR (tubería de revestimiento) dejando abierta TP (tubería de producción) durante 15 minutos para limpieza del aparejo de producción y el resto cerrando TP (tubería de producción) para estimulación de ia formación.

El tiempo de intervención fue de 1 hora con los siguientes resultados:

• La Inyección de vapor por TR tardo en circular completamente el pozo en 7 minutos teniendo vapor de salido por TP.

• Se observó la salida de parafinas una vez circulado en pozo durante 10 minutos más y posteriormente aceite con una densidad menor.

• Se cerró TP después de 17 minutos para dar oportunidad de permear con vapor ia formación, se observaron incrementos de presión en el cabezal y circulación continua de vapor cada vez que se abrfa ia válvula de TP para verificación. • Una vez terminada la intervención se cerró TP y TR para dar un tiempo de remojo de 18 horas.

• Ai siguiente día se abrió TR y se despresurizo, posteriormente se abrió TP y se sacudió la bomba ya que contenía gas, inicio el bombeo con 100 libras de presión en el cabezal y 200 libras en la operación de la bomba.

RESULTADOS

• Se incrementó la producción del pozo en 30 barriles diarios.

• Se observó ia producción de agua cristalina en el pozo, resultado de residuos del agua de fractura de una intervención anterior.

Aun y cuando en la anterior descripción se ha descrito y mostrado una modalidad preferida de la presente invención, deberá hacerse hincapié en que son posibles numerosas modificaciones a la misma, sin apartarse del verdadero espíritu de la invención, tal como modificar los elementos que conforman al presente sistema, así como su disposición e interrelación. Por lo tanto, la presente invención no deberá ser restringida excepto por lo que sea requerido por ta técnica anterior y por las reivindicaciones anexas.