Estado del arte sobre métodos de inyección de CO2 y N2 en rocas no convencionales para mejorar el factor de recobro: posibilidades de aplicación en Vaca Muerta

Abstract

En el contexto actual, donde la producción de recursos provenientes de rocas convencionales va en disminución y, en contraposición, los recursos de rocas no convencionales aumentan, la explotación de estos recursos en Argentina ocupa un lugar preponderante, especialmente en el reservorio Vaca Muerta. Si bien los avances tecnológicos en la recuperación de estos recursos han avanzado, los factores de recobro siguen siendo bajos en comparación con el potencial extraíble. Por ello, la aplicación de procesos de mejora resulta fundamental para optimizar estos factores; sin embargo, las complejidades y características de un reservorio no convencional no son las mismas que las de los reservorios convencionales, y, por ende, la aplicación de los estos procesos difiere. Dentro de las investigaciones realizadas en este campo han destacado, entre las alternativas de aplicación de procesos de mejora, la inyección de gas, siendo la inyección en condiciones de miscibilidad mediante un esquema de inyección Huff and Puff (HnP) una de las más prometedoras. La cantidad de parámetros a considerar es muy grande; sin embargo, la implementación de un esquema de este tipo elimina algunas problemáticas, como la interconectividad entre pozos. Los estudios realizados sobre distintas formaciones no convencionales, debido a que presentan una variedad de parámetros característicos heterogéneos, dificultan la posibilidad de extrapolar resultados y conclusiones al reservorio Vaca Muerta. Sin embargo, basados en estos estudios, hay una serie de criterios que se pueden establecer y que pueden resumirse mediante la evaluación de algunos parámetros, que no son los únicos que pueden ser objeto de estudio pero que son centrales. Uno de estos parámetros es la temperatura del yacimiento, que se toma como constante en todas las experiencias. Si bien los resultados dependen de esta, es un factor sobre el que no se puede trabajar para mejorar los resultados. Los gases de inyección son otro parámetro crucial. Aunque el dióxido de carbono tiene un rol central, los problemas locales, principalmente de disponibilidad y costo de obtención, obligan a estudiar alternativas o innovaciones tecnológicas (como la utilización de pilas de oxicombustión). La utilización de nitrógeno conlleva sus propias problemáticas, pero su mezcla con dióxido de carbono es mucho más factible. Otra alternativa es el uso de gas metano o su variante enriquecida con etano y propano, que arroja resultados más prometedores. El petróleo característico del yacimiento es otro parámetro que debe analizarse de manera particular. En cualquier análisis de miscibilidad, la forma en que se comportará al interaccionar con el gas inyectado determinará los resultados de su producción. Los estudios de miscibilidad afirman que los mecanismos preponderantes de producción son el hinchamiento del petróleo y la disminución de su viscosidad al asimilar el gas inyectado. Si bien es conveniente analizar cada caso con un petróleo específico que sea representativo, se vio en este trabajo que, al estudiar un petróleo característico de Vaca Muerta, en general todos los gases mostraron respuestas favorables, dependiendo fuertemente de las presiones. Las presiones son uno de los parámetros más importantes, ya que de ellas dependen directamente las condiciones de miscibilidad. El estudio de las presiones mínimas de miscibilidad (la presión a la cual un petróleo y un gas se pueden combinar en cualquier proporción) debe analizarse de la misma forma que la viscosidad y el hinchamiento, considerando el comportamiento particular de cada gas sobre un petróleo característico. Los resultados de este estudio mostraron que las presiones necesarias para lograrii la miscibilidad en el caso del nitrógeno son de tal magnitud que hacen impracticable su utilización. En cambio, el dióxido de carbono tuvo una respuesta mucho más favorable, y las mezclas con nitrógeno mostraron resultados factibles; sin embargo, a mayor porcentaje de nitrógeno, mayores son las necesidades de presión para alcanzar la presión mínima de miscibilidad. Además, se observó que el uso de metano puede ser viable mejorando su efectividad cuando está enriquecido. Como corolario, y en base a estos parámetros, se llegó al estudio de la eficiencia que se puede alcanzar en un petróleo de Vaca Muerta (entendiendo la eficiencia como la cantidad de petróleo producido por el volumen de gas inyectado). Al replicar ciertas condiciones operativas características de un esquema HnP (inyección, remojo y soplido), se obtuvo una respuesta positiva de todos los gases estudiados, siendo los más favorables el metano enriquecido y el dióxido de carbono. Con todo lo analizado, se puede concluir que la aplicación de inyección de gas como método de recuperación mejorada en Vaca Muerta es prometedora. La inyección de nitrógeno, a priori, no parecería tan factible como su combinación con dióxido de carbono; este último tendría mejores resultados en los factores analizados, siendo su principal limitante la obtención. El metano enriquecido sería una buena alternativa, por lo que la ampliación de su estudio en Vaca Muerta sería interesante, ya que su respuesta fue generalmente positiva en los parámetros estudiados y no presentaría problemas de disponibilidad.

In the current context, where the production of resources from conventional rocks is decreasing and, in contrast, non-conventional rock resources are increasing, the exploitation of these resources in Argentina occupies a predominant place, especially in the Vaca Muerta reservoir. Although technological advances in the recovery of these resources have advanced, recovery factors remain low compared to the extractable potential. Therefore, the application of enhanced oil recovery methods (EOR) is essential to optimize these factors; However, the complexities and characteristics of an unconventional reservoir are not the same as those of conventional reservoirs, and, therefore, the application of these processes differs. Among the research carried out in this field, gas injection has stood out among the alternatives for applying EOR processes, with injection under miscibility conditio ns using a Huff and Puff (HnP) injection scheme being one of the most promising. The number of parameters to consider is very large; However, the implementation of a scheme of this type eliminates some problems, such as interconnectivity between wells. The studies carried out on different unconventional formations, because they present a variety of heterogeneous characteristic parameters, make it difficult to extrapolate results and conclusions to the Vaca Muerta reservoir. However, based on these studies, there are a series of criteria that can be established and that can be summarized by evaluating some parameters, which are not the only ones that can be studied but are central. One of these parameters is the temperature of the reservoir, which is taken as constant in all experiments. Although the results depend on this, it is a factor that cannot be worked on to improve the results. Injection gases are another crucial parameter. Although carbon dioxide plays a central role, local problems, mainly availability and cost of obtaining, force us to study alternatives or technologica l innovations (such as the use of oxycombustion cells). The use of nitrogen entails its own problems, but its mixture with carbon dioxide is much more feasible. Another alternative is the use of methane gas or its variant enriched with ethane and propane, which yields more promising results. The characteristic oil of the reservoir is another parameter that must be analyzed in a particular way. In any miscibility analysis, the way it will behave when interacting with the injected gas will determine its production results. Miscibility studies affirm that the predominant production mechanisms are the swelling of the oil and the decrease in its viscosity when assimilating the injected gas. Although it is convenient to analyze each case with a specific oil that is representative, it was seen in this work that, when studying a characteristic oil from Vaca Muerta, in general all the gases showed favorable responses, depending strongly on the pressures.