BR112013011682A2 - método e aparelho para produzir hidrocarbonetos a partir de um reservatório subterrâneo - Google Patents

Abstract

MÉTODO PARA PRODUZIR FONTES DE HIDROCARBONETO A PARTIR DE UM RESERVATÓRIO SUBTERRÂNEO. Trata-se de um método para produzir hidrocarbonetos de um reservatório subterrâneo que compreende preaquecer por exposição à radiação eletromagnética de uma fonte de radiação eletromagnética, injetar através de pelo menos um poço de injeção um solvente no reservatório para diluir os hidrocarbonetos contidos na porção pré-condicionada e produzir através de pelo menos um poço de produção uma mistura de hidrocarbonetos e solvente. Um aparelho para produzir hidrocarbonetos de um reservatório subterrâneo que compreende pelo menos uma antena de frequência de rádio configurada para transmitir energia de frequência de rádio em um reservatório subterrâneo, uma fonte de potência para fornecer potência a pelo menos uma antena de frequência de rádio, pelo menos um poço de injeção configurado para injetar um solvente de uma fonte de abastecimento de solvente no reservatório subterrâneo diminuindo a viscosidade dos hidrocarbonetos, e pelo menos um poço de produção configurado para produzir uma mistura que compreende hidrocarbonetos e solvente do reservatório subterrâneo.

Description

MÉTODO E APARELHO PARA PRODUZIR HIDROCARBONETOS A

PARTIR DE UM RESERVATÓRIO SUBTERRÂNEO Declaração sobre Pesquisa ou Desenvolvimento Patrocinado pelo Governo Federal Não Aplicável Referência Cruzada a Pedidos Relacionados Não Aplicável

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO Depósitos de areia betuminosa são encontrados predominantemente no Oriente Médio, na Venezuela e no oeste do Canadá. O termo “areias betuminosas” refere-se a amplas formas de areia subterrânea compostas de rocha de reservatório, água e óleo pesado e/ou betume. Os depósitos de betume canadenses, que são os maiores do mundo, são estimados de modo a conter entre 1,6 e 2,5 trilhões de barris de óleo. Contudo, betume é um óleo preto pesado que, em razão de sua alta viscosidade, não pode ser prontamente bombeado a partir do solo como outros óleos brutos. Dessa forma, técnicas de processamento alternativas devem ser usadas para extrair os depósitos de betume das areias betuminosas, que continuam a ser um assunto de desenvolvimento ativo no campo da prática. O princípio básico de processos de extração conhecidos é diminuir a viscosidade do betume, tipicamente através de transferência de calor, para, então, promover o fluxo do material de betume e a recuperação do mesmo.

Uma variedade de processos de extração conhecidos é comercialmente usada para recuperar betume de depósitos de óleo. A drenagem por gravidade auxiliada por vapor, comumente referida como SAGD, é um método conhecido. Um processo de SAGD é descrito, por exemplo, na patente canadense de número

1.304.287. A Figura 1 é uma representação da disposição de subsuperfície de um sistema de SAGD 50 típico da técnica anterior. Uma caldeira (não mostrada) na superfície alimenta vapor à tubulação de injeção de vapor 14 através da conexão

12. O vapor é injetado na formação de subsuperfície 16 em intervalos ao longo do comprimento da tubulação de injeção de vapor 14. O vapor serve para aquecer a formação de subsuperfície 16, que reduz a viscosidade de quaisquer hidrocarbonetos presentes na formação de subsuperfície 16. A tubulação de produtor 18 é configurada para aceitar os hidrocarbonetos onde os hidrocarbonetos podem ser bombeados à ' superfície através da conexão 20 para coleta e processamento.

. 10 A faixa de temperaturas, e viscosidades correspondentes, exigidas para alcançar uma taxa de fluxo econômica é dependente da permeabilidade hidráulica do reservatório em questão. A SAGD, como a maioria das estratégias de recuperação, é focada em temperatura de betume crescente em uma região limitada ao redor de um poço de injeção de vapor. Uma vez injetado, O vapor condensa no depósito de betume e seu aquecimento latente é transferido para o depósito por convecção. O óleo de viscosidade reduzida é, então, deixado fluir por drenagem através de gravidade a um ponto subjacente do reservatório, para ser coletado por um poço de produção horizontal. O óleo pesado/betume é, então, levado à superfície para processamento adicional. Vários . equipamentos e/ou sistemas de bombeamento podem ser usados em associação com O poço de produção.

. 25 Apesar de eficazes, os processos de SAGD autônomos têm diversas ineficiências associadas. Primeiramente, O processo é de energia muito intensa, sendo que exige uma grande quantidade de energia para aquecer os volumes de água necessários para gerar o vapor usado para o processo de transferência de calor. Além disso, a quantidade de vapor exigida é normalmente ditada pela necessidade em manter uma determinada pressão no reservatório; isso normalmente é traduzido em uma temperatura mais alta do que é otimamente necessário para mobilizar o betume e, dessa forma, o custo de energia desnecessária. Além disso, como indicado acima, ao liberar seu aquecimento à formação, o vapor injetado condensa em água, que se mistura com o betume mobilizado e frequentemente leva a ineficiências adicionais. Por exemplo, a água é geralmente reciclada através de caldeiras e, exigido, então, processos/equipamentos de desolificação e amolecimento custosos. Além disso, a separação original ou AA "inicial do betume e água exige processamento adicional -e .

: 10 custos associados com tais procedimentos. Além disso, como é comum com outros métodos conhecidos de aquecimento ativo, a energia significante inserida no depósito é frequentemente transferida para estruturas geológicas vizinhas e perdida através da forma de condução. Dessa forma, O processo se torna de energia consideravelmente intensa com a finalidade de alcançar o aquecimento suficiente da formação alvo.

A temperatura de operação de SAGD deve estar na temperatura de saturação correspondente à pressão de poro no reservatório, ou a temperatura mínima exigida para a taxa de drenagem de betume econômica, seja qual for, é maior. A temperatura de operação típica está acima de 200 ºC. Para O processo de SAGD, o vapor saturado em aproximadamente 95 por . cento da qualidade é injetado, e água líquida saturada é drenada para fora do produtor. Como um resultado, ao . 25 negligenciar a tubulação e outras perdas, a razão de aquecimento distribuído ao reservatório para Oo aquecimento exigido produzir O vapor é Qres xkfg Grapor — ME ha +xMfO Em que Qres é o aquecimento distribuído ao reservatório.

| Qvapor é o aquecimento exigido para produzir o | vapor.

X é qualidade de vapor, tipicamente 0,95 no ponto de injeção.

hr é a entalpia de líquido saturado na temperatura e pressão de processo.

hrg É O aquecimento latente de vaporização.

h. é a entalpia da alimentação de água ao gerador de vapor = ' o As entalpias variam com a temperatura de saturação e pressão. Para 10% de perdas de tubulação e uma eficiência de gerador de vapor de 0,85, então, a eficiência de conversão eficaz de aquecimento (o aquecimento ao reservatório dividido pelo aquecimento ao gerador de vapor) é de 0,85, com recuperação de aquecimento tanto na purga de caldeira quanto em fluidos produzidos. O consumo de energia de experiência de campo para SAGD varia amplamente. O desempenho de SAGD é frequentemente medido em termos de SOR (razão de óleo para vapor). Visto que um ponto de referência para a comparação com outros processos, previsões numéricas para consumo de energia no reservatório para SAGD em condições favoráveis (uniforme, permeabilidade hidráulica isotrópica, betume de Athabasca típico, 30 m de espessura de zona pagamento) varia . de 0,9 a 1,25 GJI/bbl de aquecimento no reservatório por bbl de betume produzido. Os mesmos correspondem a SOR no . 25 reservatório de 5 e 3, respectivamente.

A diluição é outra técnica que foi usada para a extração de betume de depósitos de areia betuminosa ou óleo pesado. Os métodos à base de solvente, como VAPEX (extração por vapor), envolvem um processo de diluição em que | 30 solventes, como alcenos leves ou outros hidrocarbonetos relativamente leves, são injetados em um depósito para diluir o óleo pesado ou betume. Essa técnica reduz a viscosidade do componente de hidrocarboneto pesado, facilitando, então, a recuperação da mistura de betume e solvente que é mobilizada por todo o reservatório. O solvente injetado que é produzido junto com material de betume e algum solvente pode ser recuperado por processamento adicional. Apesar de os métodos à base de solvente evitarem os custos associados com métodos de SAGD, a taxa de produção de métodos à base de solvente sobre a faixa de comum in-situ de temperaturas e pressões foi encontrada de modo a ser menor do que processos á base de o vapor. Os métodos de diluição de solventes também exigem — : 10 facilidades de processamento para a extração do solvente injetado. Finalmente, esses métodos tendem a acumular quantidades de materiais de solvente líquido na parte esgotada do reservatório. Tais solventes podem ser apenas parcialmente recuperados no fim do processo, representando, então, um custo economicamente significante para o solvente da invenção.

Com a finalidade de entender os benefícios de processos de solvente, é instrutivo examinar a fenomenologia básica de drenagem por gravidade, primeiramente desenvolvida e quantificada para processos de SAGD. A representação simplificada de drenagem de SAGD é mostrada na Figura 2. Em seu trabalho clássico, Butler (1981) mostrou que . a drenagem de SAGD pode ser aproximada por: [eoscxacar ' e mus Em que Q é o volume de drenagem de betume por comprimento de unidade de poço por unidade de tempo.

O é porosidade So é a saturação de óleo (notada por Butler como sendo atualmente a alteração em saturação de óleo na zona) K é a permeabilidade eficaz para o fluxo de óleo

(uma fração da permeabilidade total) g é a aceleração gravitacional a é a difusividade térmica da zona de pagamento AH é a cabeça gravitacional (distância a partir do topo da zona de pagamento ao produtor) m é uma constante adimensional que é dependente das condições usadas e da natureza do óleo pesado (betume para aplicações de SAGD), e o “o. o. -O é a viscosidade cinemática -do óleo pesado i . 10 (betume como em aplicações de SAGD).

Na prática atual, previsões de fluxo para dadas condições são estimadas com o uso de códigos de simulador de reservatório que realizam a análise numérica das condições. Contudo, os parâmetros de condução são conforma expressos explicitamente no modelo de Butler o qual mostra claramente que a taxa de drenagem é inversamente proporcional à raiz quadrada da viscosidade cinemática. Butler também demonstrou através de um balanço de energia que a taxa de avanço da linha de condensação é dirigida pela difusividade térmica do material conforme mostrado na equação. Isso representa uma limitação adicional na taxa de drenagem máxima de um processo de SAGD para uma dada viscosidade. A adição de aquecimento de . RF mitiga a limitação de taxa de difusividade térmica e então, reduz o tempo exigido para drenagem de reservatório.

. 25 As propriedades de betume e óleo pesado variam sobre uma ampla faixa, mas todas exibem uma variação extremamente forte em viscosidade com temperatura como exemplificado na Figura

3.

Um problema enfrentado em métodos de extração de solvente conhecidos se refere a uma limitação física. Os depósitos de betume na região de Alberta Athabasca são muito frios para o solvente ser comercialmente eficaz. Em temperaturas de reservatório comum, que estão geralmente na faixa de 10 a 15 ºC, O processo de diluição de solvente é muito lento para ser economicamente viável. Para um processo de extração de solvente ser eficaz, o depósito de betume deve estar preferencialmente em uma temperatura limiar de 40 a 70 SC, Uma solução para endereçar o problema acima foi usar o vapor como um meio de aquecimento para tornar o processo de solvente mais eficiente. A esse respeito, uma - To combinação de métodos de SAGD e VAPEX foi proposta com a " . 10 finalidade de combinar os benefícios de ambos ao mitigar os respectivos inconvenientes. Conhecido como um solvente auxiliado, ou processo assistido por solvente, ou SAP, esse método envolve a injeção tanto de vapor quanto de um hidrocarboneto de peso molecular baixo na formação. Gupta et al. (J. Can. Pet. Tech., 2007, 46(9), páginas 57 a 61) ensina um método de SAP, que compreende um processo de SAGD em que um solvente é simultaneamente injetado na formação com o vapor. Como indicado nessa referência, um processo de SAP foi encontrado para aprimorar a economia de métodos de SAGD.

Contudo, foi também revelado que a combinação de processo de vapor e solvente tem desvantagens. Como com processos de SAGD típicos, muito do aquecimento contido no . vapor é também perdido para a rocha e outro material que delimita o reservatório e não está retido pelo próprio . 25 betume. Dessa forma, a eficácia da energia de tal método é baixa.

Outra solução compreende o uso de solvente aquecido que é aplicado ao reservatório, como com o processo de N- SOLV"". O princípio desse processo é que Oo uso de solvente aquecido pode elevar a temperatura do reservatório ao nível desejado para um processo de diluição mais eficaz. Contudo, o vapor formado por aquecer o solvente tem um aquecimento de vaporização baixo, e dessa forma, exige que amplos volumes de solvente sejam condensados durante condensação para elevar de modo eficaz a temperatura do betume. Recentemente, como uma alternativa aos métodos de vapor e solvente discutidos acima, outro método para produzir hidrocarbonetos de depósitos de betume envolve o uso de aquecimento eletromagnético (EM). Nesse método, uma ou mais antenas são primeiramente inseridas no reservatório de betume. Um transmissor de potência é usado para alimentar as .

" antenas, que induz um campo de RF através do reservatório, A . 10 energia de RF absorvida aquece a água e o óleo/betume no reservatório, resultando, então, no fluxo do material de hidrocarboneto. Um poço de produção é, então, usado para retirar os hidrocarbonetos mobilizados, de modo semelhante aos métodos previamente discutidos. Um exemplo de um processo EM é ensinado na patente de nº U.S. 7.441.597, que ensina O uso de aquecimento EM para produzir óleo pesado de um reservatório. Em tal processo, uma antena é fornecida em um primeiro poço horizontal, e é alimentada para aquecer o óleo pesado circundante com energia de RF. Um segundo poço horizontal é posicionado abaixo do primeiro e é usado como um poço de produção onde o óleo pesado mobilizado flui. Contudo, o método de aquecimento EM foi revelado como sendo muito . dispendioso, particularmente em razão das ineficiências na transferência da potência gerada à formação.

. 25 O aquecimento eletromagnético usa uma ou mais das três formas de energia: correntes elétricas, campos elétricos, e campos magnéticos em frequências de rádio. Dependendo dos parâmetros de operação, oO mecanismo de aquecimento pode ser resistente pelo efeito Joule ou dielétrico pelo momento molecular. O aquecimento resistente por efeito Joule é frequentemente descrito como aquecimento elétrico, onde a corrente elétrica flui através de um material resistente. O trabalho elétrico fornece o

| aquecimento que pode ser reconciliado de acordo com os relacionamentos conhecidos de poço de P = 1 ReQ=MI Rt.O Í aquecimento dielétrico ocorre onde moléculas polares, como a água, alteran a orientação quando imersas em um campo elétrico e o aquecimento dielétrico ocorre de acordo com P = à e” e EP º Q = à e)” eq E? t, onde P é a densidade de potência dissipada no meio, é é a frequência angular, £)º É O componente complexo da permissividade de material, £& é a ' " permissividade constante de espaço livre, E é a força de campo elétrico, Q é O aquecimento volumétrico, e t é tempo. ] Os campos magnéticos também aquecem materiais eletricamente | condutores através da formação de correntes dispersas, que | por sua vez, aquecem resistivamente. Dessa forma, campos magnéticos podem fornecer aquecimento resistente sem o contato do eletrodo condutor.

O aquecimento eletromagnético pode usar antenas eletricamente condutoras para funcionar como aplicadores de aquecimento. A antena é um dispositivo passivo que converte corrente elétrica aplicada em campos eletromagnéticos oscilantes, e correntes elétricas no material alvo, sem ter que aquecer a estrutura em um nível limiar específico. Os formatos de antena preferidos podem ser geometrias . euclidianas, como linhas e círculos. As informações adicionais antecedentes em antenas dipolo podem ser . 25 encontradas em S.K. Schelkunoff e H.T. Friis, Antennas: Theory and Practice, páginas 229 a 244, 351 a 353 (Wiley, Nova York 1952). O padrão de radiação de uma antena pode ser calculado por obter a transformação de Fourier do fluxo de corrente elétrica de antena. Técnicas “modernas para caracterização de campo de antena podem empregar computadores digitais e fornecer mapeamento de aquecimento de RF preciso.

As antenas, que incluem antenas para aplicação de aquecimento eletromagnético, podem fornecer múltiplas zonas

RN 7 | | . 10/39 ! de campo que são determinadas pelo raio da antena r e O comprimento de onda elétrica A (lambda). Apesar de existirem diversos nomes para as zonas, eles podem ser referidos como uma zona de campo próximo, uma zona de campo médio, e uma zona de campo distante.

A zona de campo próximo pode ser em um raio r < N/2n (r é menor do que lambda sobre 2 pi) da antena, e o mesmo contém tanto campos magnéticos quanto elétricos.

As energias de zona de campo próximo são úteis : para aquecer depósitos de hidrocarboneto, e a antena não precisa estar em contato eletricamente condutivo com a ' formação para formar as energias de aquecimento de campo próximo.

A zona de campo médio é apenas de importância teórica.

A zona de campo distante que ocorre além de r > A / n (r é maior do que lambda sobre pi), é útil para aquecer formações de hidrocarboneto, e é especialmente útil para aquecer formações quando a antena está contida em uma cavidade de reservatório.

Na zona de campo distante, a radiação de ondas de rádio ocorre e as paredes de cavidade de reservatório podem estar em qualquer distância da antena se energia suficiente for aplicada em relação à área de aquecimento.

Dessa forma, o aquecimento confiável de formações antecedentes é possível com energia eletromagnética . de frequência de rádio com antenas isoladas e separadas da formação.

O comprimento de onda elétrica pode ser calculado s 25 como A =2n/B, onde B = Im(O), onde Im(O) indica o componente imaginário de D, e O =(jop (ô+jop))*?. Em que: A É O comprimento de onda; i BB é o número de onda; O é a constante de propagação de fase; à é a frequência angular; p é a permeabilidade magnética; ô é a condutividade de material; e

: 11/39 II o o no o o O o o NA A o o o e ——— — —— — — s " - Í OD é a permissividade de material. | Os susceptores são materiais que aquecem na | presença de energias de RF. Água de sal é um susceptor | ; particularmente bom para o aquecimento eletromagnético; O mesmo pode responder a todas três energias de RF: correntes elétricas, campos elétricos e campos magnéticos. As formações de areias betuminosas e óleo pesado contêm comumente água líquida de conato e sal em quantidades suficientes para : ' servir como um susceptor de aquecimento eletromagnético. “Conato” se refere a líquidos que foram presos nos poros de | rochas sedimentares conforme eles foram depositados. Por exemplo, na região de Athabasca do Canadá e em frequência de 1 kHz, a areia betuminosa rica (15 % em peso de betume) pode ter cerca de 0,5 a 5% de água em peso, uma condutividade elétrica de cerca de 0,01 s/my, e uma permissividade dielétrica relativa de cerca de 120. Conforme o betume se torna móvel em ou abaixo do ponto de ebulição de água em condições de reservatório, a água líquida pode ser usada como um susceptor de aquecimento eletromagnético durante àa extração de betume, permitindo o estímulo de poço pela aplicação de energia de RF. Em geral, O aquecimento eletromagnético tem penetração superior e taxa de aquecimento . comparada ao aquecimento condutor em formações de hidrocarboneto. O aquecimento eletromagnético pode também ter . 25 propriedades de regulação térmica porque vapor não é um susceptor de aquecimento eletromagnético. Em outras palavras, uma vez que a água é aquecida de modo suficiente para vaporizar, a mesma não é mais eletricamente condutora e não é adicionalmente aquecida a qualquer grau substancial por aplicação contínua de energia elétrica.

O óleo pesado de subsuperfície de aquecimento que suporta as formações através de sistemas de RF anteriores foi ineficiente em razão de métodos tradicionais de

À | o NE MSMO MES NE | 5" 12/39 | | | e compatibilidade das impedâncias da fonte de potência j (transmissor) e do material heterogêneo que é aquecido, sendo ! que aquece de modo não uniforme, resultando em gradientes | térmicos inaceitáveis em material aquecido, espaçamento | ineficiente de eletrodos/antenas, uso excessivo de | eletricidade em razão de temperatura elevada de processo, | acoplamento elétrico insuficiente em relação ao material | aquecido, penetração de material limitado para ser aquecido Í : por energia emitida por antenas anteriores e frequência de emissões em razão de formas de antena e frequências usadas.

Í : As antenas usadas para aquecimento anterior de RF de óleo pesado em formação de subsuperfícies eram tipicamente antenas | dipolo.

As patentes de nº U.S. 4.140.179 e 4.508.168 revelam antenas dipolo posicionadas em depósitos de óleo pesado de subsuperfície para aquecer tais depósitos.

Quando o aquecimento de RF é substituído por vapor em um processo de extração semelhante de outra forma, O aquecimento aplicado ao reservatório deve ser menor do que O aquecimento do reservatório de SAGD, e o processo de conversão de energia de RF geral deve ser muito eficiente para alcançar paridade de energia.

Isso é conduzido pela perda de energia associada com a geração de potência elétrica . (para uma usina de combustível fóssil). Por exemplo, assumindo que um processo de RF exige 53% do aquecimento : 25 aplicado ao reservatório para a mesma taxa de fluxo de um processo de SAGD.

Assumindo que o sistema também converte 70% da potência elétrica de entrada ao aquecimento de RF no reservatório, e que a potência elétrica é fornecida em 35% de eficiência.

Tal sistema exigiria 2,2 GJ de entrada de aquecimento à estação de potência para distribuir a mesma quantidade de óleo do sistema de SAGD que distribui 1 GJ ao reservatório.

Como discutido acima, diversos métodos são atualmente conhecidos para produzir óleo de reservatórios de betume.

O elemento comum para todos os métodos conhecidos compreende a redução na viscosidade de betume no reservatório.

Alguns métodos, como SAGD ou N-SOLV", envolvem a injeção de meio aquecido (água e solvente, respectivamente) como a fonte de aquecimento.

O uso de aquecimento EM evita o uso de tal meio de distribuição de aquecimento.

Contudo, métodos de aquecimento eletromagnético conhecidos são : : tipicamente adaptados para remover completamente a exigência e qualquer água ou solvente que é usado (consulte, por exemplo, U.S. 7.441.597). E como discutido acima, cada um desses métodos conhecidos envolve diversas desvantagens, que incluem um alto custo.

A recuperação de betume de reservatórios como areias betuminosas continua a ser de interesse particular em vista da demanda de energia crescente no mundo.

Como tal, a necessidade de aprimorar a eficiência de extração de hidrocarboneto contendo reservatórios continua a ganhar importância . Apesar das várias tentativas da técnica anterior discutidas acima, existe uma necessidade de um método eficiente e rentável para a recuperação in situ de betume e/ou óleo pesado de reservatórios subterrâneos. : O presente sistema, descrito no presente documento, permanece sendo exclusivo ao fornecer um método no qual o . 25 aquecimento EM é usado inicialmente como uma fase de pré- condicionamento, não para resultar na produção de óleo, mas para aumentar a temperatura do betume, pelo menos em uma região definida, a um nível onde o vapor de solvente pode ser usado como o meio de produção final.

O solvente alcança esse objetivo por diluir o betume pré-condicionado, ou seja, preaquecido e resulta na mobilidade do mesmo em um poço de produção.

As seguintes referências que são fornecidas são relacionadas ao presente assunto. Os conteúdos inteiros de todas as referências listadas no presente relatório descritivo, que incluem OS seguintes documentos, são incorporados no presente documento a título de referência. Butler, R.M. “Theoretical Studies on the Gravity Drainage of Heavy Oil During In-Situ Steam Heating”, Can JJ. Chem Eng, Volume 59, 1981. Referências relacionadas à injeção de solvente: - ' - Butler, R..e Mokrys, IL., “A New Process (VAPEX) for . 10 Recovering Heavy Oils Using Hot Water and Hydrocarbon Vapour"”, Journal of Canadian Petroleum Technology, 30(1), 97 a 106, 1991.

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Sands, UNITAR/UNDP, Edmonton, Alberta, Canadá, 7 a 12 de agosto de 1988. Sresty, G.C., Dev, H., Snow, R.H. e Bridges, J.E., “Recovery of Bitumen from Tar Sand Deposits with the Radio Frequency Process”, SPE Reservoir Engineering, 85 a 94, janeiro de 1986. Vermulen, F. e McGee, B.C.W., “In Situ Electromagnetic Heating for Hydrocarbon Recovery and | ' Environmental Remediation”,- Journal of Canadian Petroleum - Technology, Distinguished Author Series, 39(8), 25 a 29, ' 2000.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO O presente sistema inclui um método para produzir hidrocarbonetos de reservatório subterrâneo contendo os hidrocarbonetos, sendo que compreende preaquecer pelo menos uma porção de um reservatório subterrâneo por expor à radiação eletromagnética de uma fonte de radiação eletromagnética, injetar através de pelo menos um poço de injeção, que se estende no reservatório subterrâneo, um solvente no reservatório para diluir os hidrocarbonetos contidos na porção pré-condicionada, e produzir através de pelo menos um poço de produção, que se estende no . reservatório subterrâneo, uma mistura de hidrocarbonetos e solvente.

. 25 O método pode incluir preaquecer pelo menos uma porção do reservatório subterrâneo a cerca de 40 a 70 ºC. A porção preaquecida do reservatório subterrâneo pode se estender a partir da fonte de radiação eletromagnética ao poço de produção. A fonte de radiação eletromagnética pode compreender pelo menos uma antena de frequência de rádio. A antena(s) de frequência de rádio pode ser composta de tubulação de poço de produção, que inclui tubulação de poço de injeção e/ou tubulação de poço de produção.

O presente sistema também inclui um aparelho para produzir hidrocarbonetos a partir de um reservatório subterrâneo contendo os hidrocarbonetos que compreendem pelo menos uma antena de frequência de rádio configurada para transmitir energia de frequência de rádio em um reservatório subterrâneo, o reservatório subterrâneo contendo hidrocarbonetos, uma fonte de potência para fornecer potência a pelo menos uma antena de frequência de rádio, pelo menos um o poço de injeção configurado para injetar um solvente de uma . 10 fonte de abastecimento "—* de solvente no reservatório subterrâneo diminuindo a viscosidade dos hidrocarbonetos, e pelo menos um poço de produção configurado para produzir uma mistura que compreende hidrocarbonetos e solvente do reservatório subterrâneo.

A(s) antena(s) de frequência de rádio pode ser adaptada para a energia de frequência de rádio gerada em uma frequência de cerca de 1 kHz a 1 GHz. O(s) poço(s) de injeção e o(s) poço(s) de produção podem ser geralmente horizontais. Os poço(s) de injeção podem ser posicionados acima do poço(s) de produção. Os poço(s) de injeção e poço(s) de produção podem estar no mesmo plano vertical, por meio do qual o(s) poço(s) de injeção estão verticalmente acima do(s) poço(s) de . produção. Além disso, a antena(s) de frequência de rádio pode incluir pelo menos um antena de frequência de rádio composta . 25 de tubulação de poço de injeção e pelo menos uma antena de frequência de rádio composta de tubulação de poço de produção. A antena(s) de frequência de rádio pode estar próxima a pelo menos um poço de injeção. Os hidrocarbonetos podem compreender óleo pesado e/ou betume.

O método pode incluir operar a antena(s) de frequência de rádio para controlar a temperatura em uma região do reservatório subterrâneo ao redor do poço de produção para gerenciar a precipitação de asfaltenos. A radiação eletromagnética pode ter uma frequência de cerca de lkHz a 1GHz. A antena(s) de frequência de rádio pode estar próxima o pelo menos um poço de injeção.

O método pode incluir vaporizar O solvente residual no reservatório subterrâneo por exposição contínua do reservatório subterrâneo à radiação eletromagnética após a produção de hidrocarboneto, e recuperar o solvente residual vaporizado. O método pode também incluir recuperar solvente " ” residual do reservatório -subterrâneo -após- produção de - - hidrocarboneto através da realização de uma operação cíclica de aquecimento e despressurização de frequência de rádio do reservatório subterrâneo.

Outros aspectos da invenção serão aparentes a partir desta revelação.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A Figura 1 retrata uma vista em perspectiva de um sistema de SAGD típico da técnica anterior.

A Figura 2a é uma vista esquemática que retrata um sistema de SAGD em operação.

A Figura 2b retrata a interface de óleo em movimento conforme o hidrocarboneto é recuperado com o uso do sistema de SAGD.

. A Figura 3 ilustra viscosidade de betume como uma função de temperatura.

. 25 A Figura 4 retrata um processo de ESEIEH com o injetor que opera como uma antena.

A Figura 5 ilustra preaquecimento de RF inicial do reservatório com energia de frequência de rádio para criar uma zona móvel entre o injetor e o produtor.

A Figura 6 ilustra o processo de ESEIEH com uma câmara de solvente formada.

A Figura 7 retrata a interface de solvente e betume com uma região mista.

Claims (1)

1. ae : 21/39 A Figura 8 ilustra O coeficiente de difusão de solvente como uma função de temperatura.

   A Figura 9 ilustra a uma viscosidade de mistura de hexano e hidrocarboneto como uma função de fração de mole de hexano em diversas temperaturas.

   A Figura 10 ilustra perfis de temperatura na interface de solvente e hidrocarboneto.

   Descrição Detalhada das Modalidades Preferidas ” 7 O assunto dessa revelação será agora descrito mais completamente, e uma ou mais modalidades da invenção serão mostradas. Essa invenção pode, contudo, ser realizada em muitas diferentes formas e não deve ser construída de modo limitado às modalidades apresentadas no presente documento. Particularmente, essas modalidades são exemplos da invenção, sendo que têm o escopo completo indicado pela linguagem das reivindicações.

   Para clareza de entendimento, os seguintes termos usados na presente descrição terão as definições conforme declarado abaixo.

   Como usado no presente documento, os termos “reservatório”, “formação”, “depósito”, são sinônimos e se referem geralmente a reservatórios subterrâneos contendo . hidrocarbonetos. Como discutido adicionalmente abaixo, tais hidrocarbonetos “podem compreender betume e materiais + 25 semelhantes a betume. | “Areias betuminosas”, como usado no presente | documento, se refere a depósitos contendo componentes de hidrocarboneto pesado como betume ou “óleo pesado”, em que tais hidrocarbonetos são misturados com areia. Apesar de a invenção ser descrita no presente documento como sendo aplicável a areias betuminosas, it será entendido por | elementos versados na técnica que a invenção pode também ser | aplicável a outros tipos de reservatórios contendo betume ou | óleo pesado, ou outros materiais de hidrocarbonetos em reservatórios com menor permeabilidade.

   Contudo, para conveniência, os termos “areias betuminosas” e “betume” são usados para os propósitos da seguinte descrição e serão entendidos referência, geralmente, a quaisquer dos reservatórios e materiais de hidrocarboneto mencionados acima.

   A escolha de tais termos serve para facilitar a descrição da invenção e não é destinada a limitar a invenção 7 “em qualquer formiã. * =. -— Dee O termo “solvente” se refere a um ou mais solventes de hidrocarboneto usados em métodos de recuperação de hidrocarboneto conforme conhecido na técnica.

   Em uma modalidade preferida, os solventes da invenção são hidrocarbonetos que compreendem comprimentos de cadeia de C2 a 6c5. O solvente pode compreender uma mistura de um ou mais componentes de hidrocarboneto.

   Como usado no presente documento, os termos “solvente leve” ou “hidrocarboneto leve” serão entendidos de modo a compreender um ou mais componentes alcanos que têm preferencialmente um comprimento de C2 a C5, e mais preferencialmente C3 (ou seja, propano). O solvente leve pode compreender uma mistura de hidrocarbonetos, cada um tem preferencialmente um comprimento menor do que C4 e em que . a mistura tem um comprimento de cadeia média de aproximadamente C3. Em um aspecto adicional preferido, pelo . 25 menos 1/2 v/v da mistura de solvente leve é composta de propano (C3). Como conhecido na técnica, a escolha de solventes depende do reservatório ou pressão de operação antecipada.

   O termo “líquidos de gás natural” ou “NGL” será entendido por compreender hidrocarbonetos de alcano que geralmente têm comprimentos de C2 a C6, e são normalmente produtos de condensação no curso de processamento de gás natural.

   De acordo com um aspecto do presente sistema, é fornecido um método para recuperar, ou produzir óleos pesados e betume, que compreende uma única combinação acoplada de aquecimento eletromagnético (EM) e extração de solvente. Mais especificamente, o presente sistema envolve um método em que o óleo pesado e/ou betume em um reservatório é aquecido a um nível em que um processo de extração de solvente se torna eficiente. Como discutido acima, tais reservatórios nativos TO Í "estão tipicamente em uma temperatura de 10 a. 15. ºC e uma. 2 temperatura dentre 40 a 70 ºC é exigida para fazer com que os componentes de hidrocarboneto desejados fluam em níveis comerciais com um processo de solvente acoplado. Em geral, Oo presente sistema fornece em um aspecto, um novo processo de extração de óleo pesado e betume in-situ que combina aquecimento EM à precondição de um reservatório de óleo pesado e/ou betume a uma temperatura desejada, preferencialmente entre 40 e 70º C. O processo pode ser referido como Extração de Solvente Acentuada que Incorpora Aquecimento Eletromagnético, ou "“ESEIEH" (pronunciado como “easy”).

   De acordo com um aspecto do presente sistema, oO aquecimento mencionado anteriormente pode ser alcançado . através da aplicação de aquecimento eletromagnético através de antenas que podem ser parte do aparelho de perfuração ou . 25 finalização. Quando o reservatório alcança a temperatura desejada em uma região desejada, um solvente apropriado é, então, injetado no reservatório. O solvente se mistura parcialmente com o óleo e ainda reduz sua viscosidade e desloca parcialmente o óleo diluído a quente. A escolha de solvente e configuração de poço pode ser semelhante a processos de injeção de solvente existentes. O processo também compartilha semelhanças com processos eletromagnéticos de aquecimento existentes. Contudo, a combinação das duas abordagens, como fornecido na presente invenção, é nova e única, como será aparente a elementos versados na técnica sob a revisão da presente descrição. De acordo com um aspecto, oO presente sistema fornece um novo método e aparelho para a recuperação de hidrocarbonetos de depósitos de hidrocarboneto enterrados sob pressão elevada e baixa temperatura. Há aplicação potencial para qualquer formação de óleo pesado ou betume que é muito o profunda para minar (ou seja, -mais-profunda do que 100 m).. . Como conhecido na técnica, o óleo pesado é definido como óleo ' com gravidade de API abaixo de 20 e o betume é descrito como óleo com gravidade de API abaixo de 12. A viscosidade de óleo em temperaturas de reservatório variam de 100 mPas a

   100.000.000 mPas.

   Em geral, um processo de acordo com oO presente sistema combina o estímulo do reservatório alvo com oO aquecimento EM e seu condicionamento para temperaturas mínimas de modo que a combinação de mobilidade de óleo aprimorada por temperatura e mistura de solvente se torne ideal para alcançar taxas de extração comercial enquanto minimiza as exigências de energia em preaquecimento de base do óleo. Em tal ponto, um solvente pré-selecionado é . injetado. O solvente se mistura parcialmente com o óleo, tornando o mesmo ainda menos viscoso e desloca parcialmente o . 25 óleo diluído e aquecido em direção a um poço de produção. Uma condição preferida, mas não necessária do processo é a aplicação do aquecimento eletromagnético através de uma antena que é posicionada em um poço horizontal que também é usada para a injeção de solvente. O óleo é produzido através de outro poço horizontal que é colocado em uma distância abaixo do poço injetor/aquecedor, como conhecido na técnica a partir dos processos como VAPEX ou a configuração de poço como aplicado de outra forma em SAGD.

   Em um aspecto, O presente sistema elimina a necessidade de água como um fluido de injeção e, dessa forma, | a necessidade de gerar vapor.

   Como tal, O presente sistema evita as exigências de energia significante com processos como SAGD, bem como a redução proporcional em emissões de gás de estufa.

   O mesmo também reduz a carga em instalações de superfície para processar ou separar o óleo conforme o teor de água reduziu de modo significante. no O presente sistema pode compreender diversas etapas.

   Por exemplo, primeiramente, uma configuração de poço ' é fornecida, combinando poços que serão usados como injetores e produtores, respectivamente.

   Os poços de injetor servem para injetar solvente no reservatório, enquanto os poços de produtor servem para produzir o óleo pesado mobilizado ou betume (coletivamente referido doravante como “betume” para conveniência, a menos que indicado de outra forma). Em uma modalidade preferida, a configuração de poço do processo de SAGD é considerada, em que um par de poços horizontais paralelos é perfurado, com um poço que é fornecido em uma profundidade mais profunda do que a outra.

   O poço superior é usado como o injetor e o poço inferior como o produtor.

   Tal disposição de poço é mostrada na Figura 4, ilustrando um . reservatório contendo betume 10, bem como um poço injetor 12 e um poço de produção 14, situado abaixo do poço injetor.

   Em " 25 outro aspecto preferido da invenção, O poço injetor é também usado com, ou contém no interior, a antena para o aquecimento EM.

   Um transmissor de potência é fornecido, geralmente na superfície (ou seja, acima do solo), que pode ser alimentado por qualquer fonte de potência.

   A antena induz um campo de radiofrequência (RF) e aquece de modo electromagnético (EM) a água e óleo pesado/betume in-situ através de transmissão de energia elétrica aos fluidos de reservatório, que resulta em um movimento molecular maior, ou aquecimento.

   Em outra modalidade preferida do presente sistema, tanto o injetor quanto o produtor são usados como, ou contêm em seu interior, as antenas para o aquecimento EM. O transmissor de potência é preferencialmente adaptado para alimentar a antena em uma maneira pré- especificada, flexível, variável e controlável. Tal disposição permite gerenciamento de impedância dinâmica, frequência de operação e acoplamento de alta eficiência da SJ fonte de potência visto que as propriedades físicas da formação são alteradas já que as propriedades de formação ] variam com a remoção de fluidos produzidos. As informações exigidas para o desempenho ideal da antena compreendem as alterações de permissividade e impedância na formação as temperatura, composição de fluido e estado de fluido na alteração de formação.

   Como ilustrado na Figura 5, o aquecimento induzido por RF (ou aquecimento EM) inicialmente aquece água de conato e óleo próximos à antena. A água e o betume aquecidos são drenados ao produtor criando uma trajetória de fluxo. A trajetória de fluxo então criada é, então, usada como O conduto primário para injetar um solvente a partir da antena/poço injetor 12. Visto que a água é um susceptor primário para o aquecimento eletromagnético, a região ] esgotada 11 absorve menor aquecimento da antena e isso - 25 permite a penetração mais eficiente do aquecimento eletromagnético no reservatório. O aquecimento de RF é aplicado de modo a manter a temperatura do reservatório 10 (Figura 4) em um nível que é suficiente para permitir a aplicação eficiente de um processo de extração de solvente. Em uma modalidade preferida do presente sistema, o reservatório é mantido em uma temperatura de 40 a 70º C. Mais preferencialmente, tal temperatura é mantida pelo menos próxima àquela do solvente injetado, que dissolve o betume j parcialmente aquecido.

   A mistura de solvente/betume então é drenada em direção ao poço de produção 14 em taxas que são comparáveis, ou acretivas, para SAGD.

   A Figura 6 ilustra a área de betume preaquecido 16, a câmara de esgotamento 18 onde óleo recuperado é extraído.

   Uma vantagem do processo proposto é o fato de que o aquecimento de RF direcional cria zonas onde o solvente pode avançar e tirar óleo em uma maneira que é esperada para ser mais bem controlada do que

   ' VAPEX convencional ou seus derivados. — — - A Figura 7 mostra O princípio físico do processo de i extração de solvente.

   A princípio, um vapor de solvente entra em contato com betume e, através de difusão, o mesmo cria uma corrente de betume diluída móvel que, por sua vez, é drenada em direção a um poço de produção através de gravidade.

   Contudo, com o presente sistema (usando oO processo de ESEIEH), Oo aquecimento EM induzido por RF direcional fornece a energia inicial para o aquecimento rápido e eficiente do betume, reduzindo a viscosidade por diversas ordens de magnitude enquanto aumenta simultaneamente a difusão de solvente no betume, enquanto a mistura de solvente fornece redução de viscosidade de óleo adicional para gerar oO limiar e taxas comerciais maiores.

   Etano, propano, butano, pentano, . ou qualquer mistura dos anteriores, ou até mesmo solventes aromáticos podem ser usados.

   Visto que a Figura 3 indica, por » 25 exemplo, que O aquecimento de betume próximo a 80 ºC pode induzir quatro ordens de magnitude em redução de viscosidade com apenas um terço da exigência de energia para injeção de vapor de tipo de SAGD convencional.

   O mesmo, acoplado com quatro ordens esperadas de magnitude aumenta em coeficiente de difusão ao aumentar a temperatura de reservatório de 10 ºC a aproximadamente 80 ºC (consulte a Figura 8), que leva a exigências de menos solvente para a mobilização de óleo/betume (consulte a Figura 9).

   Um processo de extração por vapor exige tipicamente cerca de 8 kg de areia betuminosa, aquecidos a uma temperatura de 100 a 260 ºC para mobilizar 1 kg de betume. A produção de vapor exige combustão de combustível que pode alcançar até 30% do valor de aquecimento do betume (para uma aproximação de SOR 5), e produz emissões gás de estufa associadas (por exemplo, CO;). A introdução de solventes que pode produzir óleo em taxas aceitáveis pode potencialmente ” reduzir a eficácia da energia e-emissões de gás de estufa. No . - processo EM de extração de solventes, gradientes "de concentração fornecem a força de condução para impulsionar o | solvente em betume e mobilizar o mesmo. Nenniger e Dunn (2008) demonstram que a maioria da força de condução de solvente é consumida em poucos mícrons da interface de betume bruto que é referida como um “choque de concentração”. Esse choque surge a partir da forte dependência de coeficientes de difusão em concentração. Na fase rica em solvente do choque, a difusão é muito rápida, enquanto no lado do choque de betume nativo, a difusão é muito lenta. Isso acontece em razão da viscosidade de betume e o fato de que o coeficiente de difusão é inversamente relacionado à viscosidade.

   Métodos de aquecimento eletromagnéticos (EM) são . superiores a outras fontes de energia para aquecer um reservatório de hidrocarboneto em conjunto com um processo de . 25 recuperação de solvente. O aquecimento eletromagnético pode penetrar energia além da interface de hidrocarboneto de câmara de solvente e estabelecer uma temperatura mais alta na interface entre o solvente e o hidrocarboneto nativo comparado a um processo que depende da condução de aquecimento para transportar energia térmica através da zona de diluição no hidrocarboneto nativo. É valioso notar que processos de vapor dependem da condução de aquecimento para distribuir o aquecimento no hidrocarboneto nativo além da sua zona de condensação.

   A Figura 10 mostra um esquema da interface de hidrocarboneto de câmara de solvente durante um processo de recuperação de solvente aquecido; na câmara de solvente a concentração de solvente Cs está no nível máximo e diminui por toda a região mista. A interface entre a câmara de solvente e uma região de solvente mista e hidrocarbonetos nativos é retratada pela linha A. A concentração de solvente SS está em um nível mínimo na interface entre. a região mista e O = hidrocarboneto nativo retratado pela linha B, e é essencialmente zero em uma curta distância no hidrocarboneto. A linha pontilhada curva entre a interface A e T4 representa um perfil de temperatura exemplificativo que resulta da condução "aquecimento (ou difusão de aquecimento) no hidrocarboneto. T3 representa a temperatura de câmara de solvente, e T4 é a temperatura na interface B que resulta da condução de aquecimento entre a interface A e B. A linha pontilhada curva entre a interface A e T5 representa um perfil de temperatura exemplificativo que resulta do aquecimento eletromagnético que penetra através da interface B. T5 representa a temperatura em interface B como um resultado de aquecimento eletromagnético. Para a mesma . temperatura de câmara T3 é possível alcançar uma maior temperatura de interface B com aquecimento eletromagnético do - 25 que com qualquer método que depende de condução de aquecimento através da região mista (T5>T4). Isso é um resultado direto da penetração de energia e aquecimento volumétrico fornecidos pelo aquecimento eletromagnético.

   A temperatura em interface B é de importância crítica em um processo de recuperação de hidrocarboneto de solvente porque a temperatura de interface determina a taxa em que o hidrocarboneto irá drenar para baixo a interface e ser recuperado. A temperatura mais alta diminui a viscosidade do hidrocarboneto nativo e aumenta subsequentemente a taxa de difusão do solvente no hidrocarboneto.

   Das e Butler (1996) sugeriram que O coeficiente de difusão de solvente D seja relacionado à viscosidade de hidrocarboneto p pela relação: D=a*nº?emquea, b>O0 equação 1 Em razão de a viscosidade de hidrocarboneto ser uma forte função inversa de temperatura, a equação 1 indica que Oo .. coeficiente de difusão de solvente aumenta dramaticamente conforme a temperatura aumenta.

   Além disso, em uma dada 7 7 10 temperatura, uma maior concentração de solvente Cs no hidrocarboneto produz uma viscosidade de mistura inferior.

   Dessa forma, o aumento da temperatura de interface tem um efeito duplo; isso diminui a viscosidade do hidrocarboneto que aprimora a taxa de difusão do solvente no hidrocarboneto, e a difusão aumentada resultante produz uma concentração crítica de solvente Cs mais rapidamente no hidrocarboneto resultando em taxas de recuperação de hidrocarboneto maiores em comparação a outros métodos de aquecimento.

   Nenniger e Dunn (2008) mostraram que para um grande número de dados de literatura, O fluxo de massa de óleo i recuperado, para recuperação de betume á base de solvente, é | uma função da mobilidade de betume.

   Essa correlação pode ser º estendida para mostrar que O fluxo de massa é proporcional à ' raiz quadrada de um tempo característico tc=k6p/n, onde k é a permeabilidade de formação, à é a porosidade de formação, p é : a densidade de óleo e py é a viscosidade de óleo.

   Essa simples dependência é diretamente análoga a uma dependência de difusão em tempo para a choque frontal.

   Para adaptar essa correlação, um indivíduo pode calcular taxas de produção volumétrica dependente de temperatura de choques frontais que cercam os poços de produção horizontal.

   Visto que o tempo característico contém termos (densidade, viscosidade) que são dependentes de temperatura, as taxas de campos e tornam equações do tipo F(m3/dia)=aT(ºC)f onde a e À, têm que ser determinados para diferentes reservatórios independentemente. Como um exemplo, para um poço de 500 m e uma formação de 20 m em espessura com uma permeabilidade de 5D e um betume com densidade em 15 ºC de 1,015 g/cm3 e viscosidade em 25 ºC de 1,3 milhão de cP, os coeficientes a e à são da ordem de ' : : 0,0028 e 2,7924 respectivamente. Como um resultado, previsões de taxas de fluxo de campo com temperatura pára esse sistema . 10 específico são da ordem dos números apresentados na Tabela 1. Tabela 1: Taxas esperadas de um processo de recuperação de betume à base de solvente Temperatura, Taxa de COREIA)

   OIE EO E 5 roEILT OO IA)

   Dessa forma, com um aquecimento bem sucedido da interface de solvente de óleo, uma taxa de produção substancial pode ser alcançada em temperaturas substancialmente abaixo de temperaturas de vapor de operação.

   Onde o processo do presente sistema é diferente dos processos [ ' de solvente de condensação como o N-SOLV" proposto, visto-que - . o aquecimento latente de solvente de condensação não é usado para introduzir o aquecimento de fluido de reservatório exigido.

   Como discutido acima, a presente invenção alcança o aquecimento com o uso de aquecimento EM (induzido por RF) Dessa forma, questões em relação à seleção do solvente associado não são consideradas no processo da presente | invenção.

   Por exemplo, o processo de N-SOLV" é bastante vulnerável ao envenenamento a partir de gases não | condensáveis.

   O trabalho de sensibilidade por Nenniger et al. (2009) mostrou que gases não condensáveis têm um enorme impacto na capacidade de um vapor de condensação distribuir | aquecimento ao solvente - interface de óleo.

   Como uma vantagem inerente, a abordagem de aquecimento de RF EM dessa | . invenção evita esse problema.

   O presente sistema reduz as exigências de energia | - para recuperar os hidrocarbonetos.

   Conforme a Tabela 1 indica, as taxas de óleo semelhante à SAGD podem ser produzidas em temperaturas tão baixas quanto 40 ºC, em que SAGD opera tipicamente acima de 200 ºC.

   O consumo de energia é relacionado à temperatura de processo, e dessa forma, ESEIEH, nesse exemplo, usa na ordem de 13 por cento [(40 ºC a 10 ºC)/(240 ºC a 10 ºC), onde a temperatura de reservatório inicial é 10 ºC) da energia subterrânea exigida por SAGD.

   Essa é uma comparação simplificada dos dois processos, mas a mesma ilustra O princípio básico termodinâmico com base nas economias de energia reivindicadas.

   O solvente residual no reservatório pode constituir um significante volume de material em comparação com o betume total removido.

   Muitos solventes candidatos representam valor comercial significante, e a regeneração do solvente residual no caso é um fator significante em custo total do betume recuperado.

   Uma vantagem da presente abordagem é que oO SS solvente restante pode ser recuperado por -aquecimento.de RF. . adicional para vaporizar solvente restante e recuperar O solvente vaporizado através da injeção, produção, ou outro poço, ou por reduzir a pressão de formação geológica de subsuperfície, ou através da realização de uma operação cíclica de aquecimento de RF e despressurização.

   O solvente residual pode também ser regenerado por ciclagem de um gás de baixo valor econômico (como CO, ou N) através do reservatório.

   Alguns componentes de um aparelho de acordo com um aspecto do presente sistema serão agora descritos.

   Como discutido acima, o processo envolve aquecimento induzido por RF do betume em um reservatório.

   Transdutores de tubo atualmente típicos disponíveis no mercado podem operar em . frequências na faixa de kHz a GHz.

   É idealizado que um transmissor de potência de saída de 5 MW comumente disponível - 25 é mais do que suficiente para esse processo.

   Os transmissores são conhecidos para serem duráveis por décadas de vida de operação.

   A transmissão ideal ocorre quando a impedância de transmissor é compatível com o conjugado complexo da impedância de carga, que consiste na antena combinada e impedância de formação.

   A faixa de impedância de carga é estimada a partir da permissividade dielétrica de complexo medido de amostras representativas incorporadas em detalhes de modelo numérico que estima a dissiparão de potência de RF absorvida como uma função de tempo e posição na formação. O modele estima distribuição de temperatura, e a distribuição de gases, água, e betume como uma função de posição e tempo, com alteração de dissipação de potência associada com alteração distribuída em permissividade dielétrica. A permissividade dielétrica de areias betuminosas é fortemente afetada por teor de água e temperatura (Chute 1979). O o impedância de ponto de condução é a razão da intensidade de o campo elétrico E dividida pelo I atua na entrada de antena. ' Isso é uma quantidade complexo, que é tipicamente representada por um gráfico de Smith.

   É importante notar que essa impedância é uma função do projeto de antena e distribuição de campo elétrico resultante por todo o reservatório, e altera o tempo em razão das alterações composicionais e de temperatura no reservatório. A transferência de potência ideal ocorre quando a impedância da potência emitida é o conjugado complexo da impedância de ponto de condução. Normalmente, transmissores de RF são projetados para um impedância de saída específica, tipicamente 50 ohms ou 75 ohms, apesar de valores de impedância padrão serem possíveis. Um circuito de . compatibilidade conduz a saída de potência a partir da fonte de alimentação de transmissor, e distribui a mesma ao ponto - 25 de condução com a impedância desejada. O circuito de compatibilidade pode ser incorporado no subsistema de transmissor, ou pode ser uma entidade separada. Quando a compatibilidade de impedância é imperfeita, a potência é refletida de volta ao transmissor, e é medida através de monitoramento de VSWR (relação de onda estacionária variável). A compatibilidade de impedância imperfeita resulta em perda de acoplamento quantificado pelo Teorema de transferência de potência ensinado em inúmeros textos de engenharia.

   Além disso, a energia excessiva refletida no transmissor pode destruir componentes internos típicos.

   Se a VSWR excede limites aceitáveis para oO transmissor, oO transmissor é desacoplado da carga para impedir danos.

   O projeto de antena e frequência de operação é projetado para fornecer aquecimento eficaz e penetração de aquecimento para a permissividade de material, enquanto também fornece uma : 7 impedância de ponto de condução que .é compatível com & : 10 compatibilidade a um transmissor, que inclui a faixa mencionada acima.

   Em operação, a alteração de impedância de ponto de condução é deduzida de análise de reflexões e comportamento de permissividade conhecido.

   O circuito de compatibilidade é dinamicamente alterado para manter acoplamento de alta eficiência.

   Existem muitas modalidades desse processo.

   Dado que O aquecimento de RF de areias betuminosas in situ foi investigado por numerosos inventores e nenhum reconheceu e quantificou esse processo, o desenvolvimento dessa abordagem de sistema vai além de habilidades comuns na técnica.

   O estímulo eletromagnético é documentado na literatura.

   Em 1981, o Instituto de Pesquisa IIT conduziu . dois testes de pequena escala nos depósitos de areia betuminosa de Asphalt Ridge, Utah (Sresty et al. 1986). . 25 Múltiplos poços verticais foram perfurados em uma areia beétuminosa espessura de 5 m de apenas acima de seu local de afloramento.

   A potência de rádio frequência (em 2,3 MHz aumentado para 13,5 MHz) foi usada para aquecer a formação a cerca de 160 “C e o betume foi produzido por drenagem por gravidade em um cárter que foi inserido por túnel abaixo da formação.

   Outro teste foi conduzido quatro anos após estimular um poço em um 15º reservatório de óleo de API em Oklahoma com resultados declaradamente encorajadores (Bridges et al., 1985). O estímulo de aquecimento elétrico de um poço que produz a partir de Wildmere Field na formação de Lloydminster no Canadá foi também relatado (Spencer et al., 1988) para fazer com que a taxa de produção de poço aumente del1lm'/da2,5W7/d.

   Dessa forma, o presente sistema fornece em um aspecto, um método para recuperar hidrocarbonetos (ou seja, : óleo pesado e/ou betume) de um reservatório, ou depósito de ' “hidrocarboneto, que compreende as etapas de: perfurar pelo . 2 menos um poço de injeção e pelo menos um poço de produção; fornecer antenas de RF no poços de injeção; gerar radiação EM através as antenas de RF para aquecer a formação contendo os hidrocarbonetos (preferencialmente, o aquecimento inicialmente se estende entre os poços de injeção e os poços de produção de modo a criar uma “trajetória de comunicação” entre os mesmos); e injetar um solvente através do poços de injeção para produzir hidrocarbonetos enriquecidos por solvente no poços de produção. os poços de produção e injeção podem ser horizontais, com os poços de injeção posicionados acima dos poços de produção, geralmente em paralelo, ou geralmente no mesmo plano vertical.

   Os poços de injeção podem ser . fornecidos como uma série de poços verticais, com os poços de produção fornecidos horizontalmente e próximos aos poços de . 25 injeção.

   A radiação EM pode ser usada para aquecer a formação a uma temperatura de cerca de 40 ºC a 70 ºC.

   A energia de RF é preferencialmente aplicada em uma frequência de cerca de 1 kHz a 1 GHz.

   As antenas de RF podem ser fornecidas nos poços de injeção, ou fornecidas separadas dos poços de injeção.

   As antenas de RF podem também ser fornecidas nos poços de injeção e produtor.

   A duração do aquecimento de cada antena pode ser controlada para alcançar taxas de aquecimento ideais por todo o processo de extração de solvente de hidrocarbonetos. A potência de RF fornecida pode ser usada para controlar a temperatura no produtor para garantir operação de Ss sub-resfriamento adequada (ou seja, oO produtor permanece imerso no hidrocarboneto não no gás). A potência de RF pode também ser usada para controlar a razão de solvente/óleo na região do produtor de modo que a precipitação de asfaltenos NS que pode entupir os poros de reservatório -poros. seja . .

   gerenciada de modo apropriado. A temperatura mais alta ' resulta em uma razão de solvente/óleo inferior e probabilidade inferior de precipitação de asfaltenos, a temperatura inferior resulta no inverso. O solvente do presente sistema pode ser polar. Preferencialmente, O solvente é propano. O solvente de injeção pode ser continuamente circulado através do depósito de hidrocarboneto para estabelecer e ampliar câmaras de vapor de solvente para facilitar a mobilização e lixiviação do óleo pesado e/ou betume.

   Na Figura 4, antena e injetor de aquecimento eletromagnético 12 e produtor 14 podem opcionalmente obter vantagem da configuração típica de poço horizontal aplicada R em SAGD, visto que os dois processos dependem de drenagem por gravidade após a mobilização de óleo de reservatório. Por . 25 exemplo, a tubulação de poço pode ser usada para formar uma | antena em então, servir como uma antena e injetor de aquecimento eletromagnético 12 combinados. Tal configuração é completamente “compatível com capacidades de perfuração existentes e tecnologia de conclusão, e também projetos de tubo de produtor existentes que admitem betume ao excluir a areia. Isso é significante em termos de tempo em relação ao campo e corolários de invenções exigidos para explorar oO processo no campo. Um exemplo de tal configuração é revelado na patente de nº U.S. 7.441.597, que é aqui incorporada título de referência em sua totalidade.

   Os benefícios de solvente combinado e aquecimento de RF podem ser acentuados para algumas aplicações, presentes ou futuras, com abordagens de antena que incluem, mas não estão limitadas àquelas enumeradas na Tabela 2. Formatos de antena preferidos podem ser geometrias euclidianas, como - o linhas e círculos.

   Os mesmos são completamente incorporados ' nos processos de RF descritos nessa submissão.

   A antena pode . - compreender um sistema de condutores elétricos lineares ' situados no hidrocarboneto e que transmitem correntes elétricas.

   A macroestrutura de antena é preferencialmente linear em formato visto que os poços são substancialmente lineares em formato.

   As correntes elétricas harmônicas de tempo transduzem uma ou mais ondas, campos elétricos, campos magnéticos, e correntes elétricas no hidrocarboneto que são dissipados no mesmo para fornecer aquecimento.

   As antenas fornecem circuitos elétricos que podem ser feitos de circuito aberto ou fechado em CC como dipolos e ciclos alongados que fornecem trocas em impedância, padrão de aquecimento, e métodos de instalação.

   As energias são transduzidas de acordo com a relação de Lorentz, e outras relações, nas imediações. . As linhas de transmissão (não mostradas) são usadas entre a superfície e a formação de hidrocarboneto para minimizar . 25 aquecimento indesejado na sobrecarga.

   Tabela 2. Tipos de antena exemplificativos que podem ser usados para aquecimento de RF Configuração Continuidade de CC [0 saia ss O IRRRAE mccmm———

   Apesar de a invenção ter sido descrita com referência a determinadas modalidades específicas, várias modificações da mesma serão aparentes a elementos versados na técnica sem se afastar do propósito e escopo da invenção conforme delineado nas reivindicações anexas à mesma.

   Quaisquer exemplos fornecidos no presente documento são incluídos somente para o propósito de ilustrar a invenção e . o não são destinados a limitar a invenção em qualquer forma: 7

   Quaisquer desenhos fornecidos no presente documento são somente para o propósito de ilustrar vários aspectos da invenção e não são destinados o ser esboçados para escalar ou limitar a invenção em qualquer forma.