Analysis

Selección de muestra representante de almacén

El primer ensayo que se efectuó en ATAP, en la configuración dinámica, fue el cálculo de las curvas de permeabilidad relativa (método steady-state) CO2 supercrítico/salmuera en la muestra denominada ATAP-0.

ATAP-0 es una arenisca cuyas dimensiones son 7.8 cm de largo y 3.7 cm de diámetro. La muestra tiene una porosidad de 10% y alrededor de 0.4D de permeabilidad al gas.

Imagen 3.20: ATAP-0- Arenisca homogénea

Diseño del ensayo

Se decide realizar un primer ensayo donde se inyecten sendos fluidos, presentes en el almacén, a la vez, para observar mejor la movilidad de uno respecto al otro representada por el parámetro de permeabilidad relativa.

Previa a la ejecución del ensayo, se llevó a cabo el diseño del mismo, con el fin de determinar caudales de inyección y presiones diferenciales máximas, para no sobrepasar los límites del diferencial de presión y los captores de presión instalados en el equipo.

Se parte de la muestra 100% saturada en salmuera para el diseño, y se establece la inyección de fluidos de forma simultánea de acuerdo con un proceso de drenaje. Se mantiene un ratio volumétrico de 20 ml/min, con una disminución del caudal de inyección de agua y un aumento del caudal de inyección de CO2 desde 0 ml/min a 10 ml/min.

3.1.45

Desarrollo del ensayo

x Paso 1. Determinación de la permeabilidad base. Permeabilidad absoluta al agua.

Se satura la muestra 100% con salmuera y se obtiene la permeabilidad absoluta al agua con un valor de 372,505 mD.

Al ser una muestra con elevada permeabilidad, el caudal de inyección es elevado, lo que hace que los dos pistones de la bomba, se vacíen rápidamente. Se señala el cambio de pistón con el símbolo 1 ó 0 según sea el cilindro A o el B, respectivamente, en la Tabla 3.8.

P (mbar) Q(ml/m) symbol 162 5 1 cylinder A 312 10 1 370 10 0 cylinder B 370 10 1 720 20 1 1430 40 0 2500 60 1 1660 40 1 790 20 1 400 10 1 220 5 1 30 0 1

Tabla 3.8: Caudales de inyección y presión diferencial correspondiente

Gráfica 3.12: Permeabilidad absoluta a la salmuera. Permeabilidad base ATAP-0.

Pres ión dif erencial (bar) Caudal (ml/min) Permeabilidad absoluta-ATAP-0

3.1.46

x Paso 2. Proceso de drenaje. Inyección de dos fluidos simultáneos.

Al considerarse un proceso de drenaje, debe disminuir la saturación de la fase mojante (en este caso supuestamente el agua) en la muestra. Con este proceso pretende simularse la inyección de CO2 en un acuífero y el desplazamiento de la salmuera contenida en el mismo.

Imagen 3.21: Esquema de inyección y recuperación de fluidos

Los caudales de inyección así como la presión diferencial alcanzada en cada paso (una vez estabilizada, la presión en cada uno de ellos), se muestran a continuación.

fw=Qw/(Qw+QCO2) Qsalmuera (ml/m) QCO2 (ml/m) DP (mbar) Saturación fw= 1 20 0 286 1 fw=0,99 19.8 0.2 311 0.9 fw=0,95 19 1 411 0.8 fw=0,75 15 5 600 0.7 fw=0,5 10 10 610 0.6

Tabla 3.9: Caudales de inyección y resultados del ensayo SS realizado en ATAP-0

Debido a la dificultad de conseguir suficiente volumen de CO2 en la Bomba ISCO, no se puede completar el proceso de inyección de ambos fluidos. Lo óptimo habría sido poder llegar a inyectar 20 ml/m de CO2 y 0ml/m de agua, para obtener más puntos de saturación de agua en la muestra.

De este modo el valor de saturación irreducible de agua no es exacto, resultando en un valor extremadamente alto, 60%.

El cálculo de saturaciones, en cada uno de los escalones de presión diferencial, se obtuvo mediante balance de volumen;

Volumen de agua en la muestra= Vinicial- [Vproducido en el separador-Vinyectado] Si se hubiera contado con suficiente volumen de CO2 (supercrítico como era la intención de inyectar) se podría haber prolongado la inyección de CO2 hasta observar que no se producía

3.1.47

más agua de la muestra (no se recogía más salmuera en el separador) y se habría podido obtener la curva completa con puntos experimentales.

x Paso 3. Obtención de la saturación irreducible de agua

Si se hubiera llegado a la saturación irreducible de agua en el paso anterior, podría haberse continuado la inyección de CO2 a distintos caudales de modo ascendente y descendente con el

fin de obtener la permeabilidad efectiva de CO2 a la saturación irreducible de agua

(KeffCO2@Swi )y obtener el end point de CO2.

Debido a que no se contaba con ese volumen, este primer ensayo termina aquí en cuanto a la inyección de fluidos.

Cálculo de las curvas de permeabilidad relativa experimentales

Mediante el uso del software CydarTM se obtienen los valores de permeabilidad relativa en

cada uno de los puntos de saturación.

El software permite obtener directamente, con los valores de producción de agua, los valores de saturación en la muestra en cada momento.

En este primer ensayo no se registró la producción del separador, sino que se fue midiendo la producción en cada estadio de estabilización de presión, y se realizaron los cálculos, mediante balance de volumen, de la saturación en cada punto.

Gráfica 3.13: Curvas de Kr experimentales. Ensayo SS

El valor de end point de permeabilidad relativa al agua está relacionado con el valor de

permeabilidad que se ha tomado como base, en este caso la permeabilidad base es la permeabilidad absoluta al agua cuando la muestra está 100% saturada.

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 re lative p e rm e ab ility water saturation Brine Relative Permeability CO2 Relative Permeability

3.1.48

Debido a la imposibilidad de haber inyectado un caudal suficiente de CO2, por el escaso

volumen comprimido obtenido en la bomba, no se puede considerar como end point de CO2 el

casi 0 que se indica en el gráfico, puesto que, como ya se ha dicho anteriormente, ese valor no corresponde a la saturación irreducible de agua en el almacén.

Refinado de curvas de permeabilidad relativa mediante optimización

Mediante el software de registro, cálculo e interpretación de resultados, CydarTM, se efectúa el

refinado de las curvas experimentales de permeabilidad relativa.

En este caso no se ha llevado a cabo un proceso de simulación de las curvas de permeabilidad relativa, y posterior proceso de optimización para mediante cálculos numéricos, obtener unas curvas de permeabilidad relativa características del almacén.

Lo único que se ha efectuado es un refinado de las curvas imponiendo los end point esperables, si se hubiera completado el proceso de inyección de CO2, y manteniendo lo más próximo posible el punto de corte de las curvas, así como los exponentes Corey obtenidos experimentalmente.

Gráfica 3.14: Refinado de las curvas de permeabilidad relativa

La gráfica anterior muestra el refinado de las curvas de permeabilidad relativa, donde los end

points son 0.1 para el CO2 y 1 para la salmuera, con un valor de 0.3 para la saturación

irreducible de agua y, por tanto, un valor de 0.7 para la saturación de CO2. Los exponentes

Corey son 4 para la curva de CO2 y 1.5 para la curva de salmuera.

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 re lative p e rm e ab ility water saturation Brine Relative Permeability CO2 Relative Permeability Brine relative permeability-refined curve CO2 Relative Permeability-refined curve

3.1.49

CO2 salmuera

Corey 4 1,5

Tabla 3.10: Exponentes Corey de curvas de permeabilidad relativa CO2/salmuera de ATAP-0

End point CO2 Salmuera

Kr 0,1 1

Sw (fr) 0,3 1

Tabla 3.11: End points de las curvas de permeabilidad relativa CO2/salmuera de ATAP-0

La saturación correspondiente al mismo valor de permeabilidad relativa para ambos fluidos (punto de corte), en las curvas refinadas, corresponde con 0,42, para una permeabilidad relativa de 0,04. El punto de corte de las curvas parece que está desplazado hacia la izquierda en el eje de saturación de agua, pero no puede determinarse la saturación experimental irreducible de agua.

Valores bajos de saturaciones irreducibles de agua y puntos de corte de las curvas situados en la parte izquierda del eje de saturación de salmuera (valores <0.5), significa que la mojabilidad de la roca está cambiando de mojable al agua a mojable al CO2, si estos resultados se comparan con las medidas especiales de análisis de testigos (SCAL), (Craig, 1971 y Stiles,

2013). Cydar TM (Lenormand, 2012) permite realizar el refinado de las curvas (Kokkedee et al,

1996), después de obtener el end point de CO2, mediante inyección de CO2 supercrítico hasta

que no hay producción de agua.

Necesidad de ajustes en ATAP tras primer ensayo de permeabilidad relativa en la muestra ATAP-0

x Regulación de presión de confinamiento

Las presiones de confinamiento que se fijan al principio en el equipo, no se mantienen a lo largo del ensayo, debido a que los grupos hidráulicos regulan la presión, pero no lo hacen con la rapidez requerida para mantener en todo momento la presión constante, tanto el grupo que mantiene la presión radial como el grupo que mantiene la presión axial.

Se ve conveniente por tanto realizar una mejora en los grupos añadiendo unas válvulas de descarga. La servoválvula existente descargaba más caudal que absorbía, con lo que el resultado era un aumento de presión constante hasta la descarga total, que no permitiría estabilizar la presión.

3.1.50

Imagen 3.22: Servoválvula instalada en cada uno de los grupos hidráulicos.

Con la ubicación de una válvula de estrangulamiento en cada uno de los grupos, se permite el estrangulamiento de caudal tanto de carga como de descarga, con lo que mejora la estabilidad de la presión de confinamiento aplicada en la celda contenedora de la muestra de roca.

x Difusividad del CO2

Una vez finalizado el ensayo y desmontada la celda contendedora de la muestra de roca, se observa que el caucho que rodea a la muestra de roca y que permite la distribución de la presión radial en la misma, gracias a la glicerina de confinamiento, está rodeado de una espuma blanquecina.

Imagen 3.23: Imágenes del caucho que rodea a la muestra una vez recuperado de la celda.

El motivo de la generación de tal espuma podría ser, o que la glicerina de confinamiento podría haber entrado en la muestra, o que el CO2 se hubiera difundido a través del caucho. Al observar la muestra, al extraerla del caucho y, comprobar que estaba seca, se concluye que el CO2 difunde a través del caucho y se mezcla con la glicerina de confinamiento, que se encuentra a alta presión y temperatura, produciendo esa mezcla espumosa.