El desarrollo de THAI
El Profesor Greaves comenzó su trabajo académico sobre la recuperación mejorada de crudo (EOR) en 1981 cuando uno de sus estudiantes de doctorado en la Universidad de Bath, Reino Unido, estaba investigando la inundación polimérica. Se dio cuenta de las ventajas de la combustión in situ (ISC) en la primera conferencia europea de la EOR en Bournemouth, Reino Unido. Los debates posteriores en Estados Unidos y Canadá confirmaron que la combustión in situ tenía el mayor potencial como área de investigación, y en ese momento todavía era percibida por el sector del crudo como “la gran esperanza” para la recuperación de crudo pesado.
A raíz de su viaje a Estados Unidos y Canadá, el equipo de Greaves en Bath construyó el primer sistema de tubo de combustión en el Reino Unido. Dos sistemas adicionales de baja presión fueron construidos antes de que recibiera financiación de la UE y de BP para construir un sistema de tubo de combustión totalmente automatizado operando hasta una presión de 240 bar.
Aunque los experimentos iniciales fueron en crudo pesado, el dramático colapso posterior del precio del crudo desvió la atención a los yacimientos de crudo ligero, en los que la ISC ha conseguido desde entonces el éxito práctico como técnica de recuperación mejorada de crudo (IOR). La instalación de tubo de combustión de alta presión de Bath, aunque no tuvo un vínculo directo con las novedades del THAI, fue un precursor importante de la investigación, proporcionando visiones significativas y experiencia para los experimentos posteriores con la ISC.
En 1989, otro de los estudiantes de doctorado de Greaves estaba investigando pozos horizontales, y esto animó al Profesor a considerar, por primera vez las repercusiones del flujo multifásico en una configuración ISC que comprende un pozo sencillo vertical de inyección de aire, desviado y en línea desde el dedo de un pozo sencillo horizontal de producción térmica.
El colapso del precio del crudo a principios de la década de los 90 fue una de las varias razones que provocaron una comercialización muy lenta del sistema THAI. La reducción de los ingresos disminuyó el interés (y la inversión) en crudo pesado, y muchas compañías importantes desviaron su atención al crudo ligero. Además, la experiencia hasta la fecha dejó a los ingenieros de yacimientos muy escépticos sobre la ISC. De los aproximados 160 pozos ISC experimentales de los años 70 y 80 solo alrededor de un tercio fueron considerados un éxito técnico y económico. Otro tercio de los casos fueron solo parcialmente exitosos, y el tercio restante fue percibido como fallas, en los que la combustión fue inestable o no controlable.
"THAI es muy simple," manifiesta Greaves, y aunque muchas compañías manifestaron un interés muy animado, ninguna quería financiar la investigación. Hasta tiempos muy recientes solo pocos gente pensaban que podría realmente funcionar. “Tampoco nadie le dio dinero a Frank Whittle (inventor del motor reactor),” apuntó Greaves. Greaves considera una ironía que, durante este período, pudo conseguir una financiación sustancial del consejo Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC) del Reino Unido destinada a investigar la ISC en crudo pesado convencional. Esto resultó muy útil porque ayudó considerablemente a desarrollar experiencia operativa en las geometrías de célula de combustión 3D usadas para investigar los procesos de la ISC. La investigación también nos llevó a una comprensión fundamental que resultó importante para el desarrollo posterior del THAI. De todos modos, a lo largo de la década de los 90, Greaves y sus colegas lucharon para persuadir a las compañías y a los órganos de financiación que ésta extraña y rara configuración de pozo funcionaría. Los estudiantes de doctorado apoyados por las petroleras consiguieron importantes avances, pero solo a partir de 1997 se pudo poner en marcha la siguiente fase intensiva de ensayos, posibilitada por una subvención especial del EPSRC. Esta subvención fue específicamente destinada para trabajos en mejoras del crudo pesado en el fondo del pozo (el proceso CAPRI ). ¡ Greaves percibió esto como un indicio de que, a estas alturas, los expertos del sector habían concluido que el THAI podría funcionar después de todo !
Una célula de combustión 3D puede proporcionar una simulación física mucho más realística de la propagación del frente de combustión y flujo del fluido que ocurren en un yacimiento real que el flujo 1D artificialmente limitado en la configuración de un tubo de combustión. En total, se realizaron más de 130 experimentos 3D de la ISC en laboratorio entre 1990 y 2002, cada uno durando hasta 15 horas. Los ensayos producieron temperaturas de 500 — 800 ºC y consiguieron tasas de recuperación hasta el 84%. Alrededor del 10% de crudo original existente (ooip) fue quemado como combustible y el 6% dejado como residuo pesado y coque. En los crudos pesados, nunca ocurrió ningún suceso de inestabilidad en ninguno de los ensayos. Por tanto, a nivel experimental, el proceso THAI se comportó muy estable y robusto. Greaves presentó los resultados en una ponencia en la Conferencia PE/DOE IOR en 2000 y comenta que la primera pregunta en cualquier presentación de conferencia ha sido porqué el aire inyectado no se canaliza a través y directamente a la punta del pozo horizontal. La respuesta a esta pregunta no fue descubierta hasta 2002 (Ponencia 2003-030 - Proc. Canadian International Petroleum Conference). Se observó que, hacia el final de un experimento, la inyectabilidad del aire bajaba dramáticamente. El pozo horizontal productor fue posteriormente cortado y abierto, revelando un residuo pesado similar a coque que taponaba el talón del pozo horizontal. Las simulaciones numéricas y ensayos adicionales indicaron que, justo por delante del frente de combustión, al ritmo que el crudo pesado drenante se tornaba más caliente, comenzaba a producir coque y éste formaba un tapón que proporcionaba una barrera de resistencia al flujo dentro del pozo horizontal impidiendo así el empuje y paso del aire.
Los métodos de la ISC comparten muchos de los desafíos inherentes en otros métodos EOR y también presentan algunas complicaciones especiales. Greaves considera que la defectuosa o irregular intercomunicación de los pozos es la causa original y principal de muchos de los problemas que han dificultado los proyectos convencionales de la ISC usando dos pozos verticales colocados a cientos de metros de distancia entre ellos. El apilamiento o embalsado del crudo y el agua reduce la permeabilidad del gas y así restringe la inyectabilidad del aire. La combustión inadecuada puede llegar a causar la oxidación a baja temperatura y la formación de emulsiones. Una clave para el éxito de THAI es su combustión vigorosa a alta temperatura.
Greaves comparte la patente básica del THAI con el Dr. Alex Turta, un ingeniero rumano. Rumania tiene la mayor operación de la ISC del mundo, en Surplacu du Bacu, funcionando continuamente durante más de 30 años. En este caso, la geometría del pozo convencional funciona bien gracias a las características uniformes del yacimiento y un yacimiento casi óptimo con inclinación de 17º. Otros yacimientos convencionales donde la ISC funciona con éxito están produciendo en India y Louisiana. Muchos otros proyectos han sido intentados pero, según Greaves, algunas fallas han ocurrido debido a una selección defectuosa del yacimiento. Además, en muchos casos, no fue muy bien comprendido durante la fase inicial que el crudo pesado en la ISC tiene que ser operado en modalidad de oxidación a alta temperatura, es decir, combustión vigorosa a alta temperatura (más de 500 ºC).
El Dr. Tian Xia, quien trabajó como oficial de investigación en el Grupo IOR desde 1997 hasta 2004, jugó un papel decisivo en el avance de muchas mejoras minuciosas de la metodología experimental 3D, con lo cual se comprendieron muchos aspectos importantes sobre el THAI.
Otro socio que participó en el desarrollo del THAI fue el Dr. Conrad Ayasse, Presidente del Petroleum Recovery Institute (PRI) en Calgary hasta que fue adquirido en 1999 por el Alberta Research Council (ARC). Antes del PRI, fue gerente superior de investigación en la industria química. Greaves, Turta y Ayasse todos compartían un interés personal en el desarrollo de las tecnologías de la ISC y reconocieron el potencial que aportaba el THAI. Petrobank Energy and Resources Ltd tiene en propiedad las patentes de THAI y CAPRI y ha desarrollado patentes adicionales alrededor de ambas tecnologías.
THAI y CAPRI son marcas comerciales de Petrobank Energy and Resources Ltd.
