CT&F - Ciencia, Tecnología y Futuro

DEVELOPMENT OF INFILL DRILLING RECOVERY MODELS FOR CARBONATE RESERVOIRS USING NEURAL NETWORKS AND MULTIVARIATE STATISTICAL AS A NOVEL METHOD

This work introduces a novel methodology to improve reservoir characterization models. In this methodology we integrated multivariate statistical analyses, and neural network models for forecasting the infill drilling ultimate oil recovery from reservoirs in San Andres and Clearfork carbonate formations in West Texas. Development of the oil recovery forecast models help us to understand the relative importance of dominant reservoir characteristics and operational variables, reproduce recoveries for units included in the database, forecast recoveries for possible new units in similar geological setting, and make operational (infill drilling) decisions. The variety of applications demands the creation of multiple recovery forecast models. We have developed intelligent software (Soto, 1998), Oilfield Intelligence (Ol), as an engineering tool to improve the characterization of oil and gas reservoirs. Ol integrates neural networks and multivariate statistical analysis. It is composed of five main subsystems: data input, preprocessing, architecture design, graphic design, and inference engine modules. One of the challenges in this research was to identify the dominant and the optimum number of independent variables. The variables include porosity, permeability, water saturation, depth, area, net thickness, gross thickness, formation volume factor, pressure, viscosity, API gravity, number of wells in initial waterflooding, number of wells for primary recovery, number of infill wells over the initial waterflooding, PRUR, IWUR, and IDUR. Multivariate principal component analysis is used to identify the dominant and the optimum number of independent variables. We compared the results from neural network models with the non-parametric approach. The advantage of the non-parametric regression is that it is easy to use. The disadvantage is that it retains a large variance of forecast results for a particular data set. We also used neural network concepts to develop recovery models. The neural network infill drilling recovery model is capable of forecasting the oil recovery with less error variance compared with non-parametric, fuzzy logic and regression models.

Este trabajo introduce una metodología novedosa para mejorar los modelos de caracterización de yacimientos. En esta investigación se usaron técnicas de estadística multivariada y redes neuronales para desarrollar modelos de predicción de los recobros primarios de aceite (PRUR), recobros de aceite al inicio de la inyección de agua (IWUR) y recobros de aceite debido a la perforación de pozos de relleno (IDUR) en yacimientos de carbonatas localizados en el este de Texas. Los modelos desarrollados fueron comparados con los modelos de regresión no-lineal y con los de regresión no-paramétrica. Uno de los desafíos en esta investigación fue identificar las variables independientes dominantes y el número óptimo de estas. Para ello se desarrolló un sistema inteligente (Soto, 1998), Oilfield Intelligence (Ol), que integra conceptos de componentes principales, análisis de factores y redes neuronales. Ol está compuesto por cinco subsistemas: carga y preprocesamiento de los datos, diseño de la arquitectura de la red neuronal, diseño gráfico y una máquina de inferencia. El análisis multivariado de componentes principales permite resolver el problema de dimensionalidad. Cuántas y cuáles variables deberían usarse en la obtención de cada modelo. Después se utilizaron las redes neuronales para desarrollar modelos capaces de predecir los recobros primarios, de inyección de agua y debido a la perforación de pozos de relleno en las formaciones de carbonato de San Andrés y Clearfork en el este de Texas. Los coeficientes de correlación son del orden del 99% con errores absolutos no mayores del 3% comparados con coeficientes de correlación del orden de 0.91 y errores absolutos alrededor del 27% de otros modelos publicados internacionalmente en los últimos 1 5 años. Las variables consideradas en esta investigación fueron porosidad, permeabilidad, saturación de agua, profundidad, área, espesor total, espesor neto, factor volumétrico de formación, presión, viscosidad, gravedad API, número de pozos al inicio de la inyección de agua, número de pozos para la recuperación primaria, número de pozos de relleno al inicio de la inyección de agua, PRUR, IWUR, e IDUR. Obviamente el desarrollo de un modelo en redes neuronales que represente con alta precisión los datos requiere experiencia del ingeniero para realizar un control de calidad de los datos, determinar las variables dominantes y optimizar la estructura o topología de la red neuronal.

PRESSURE CONTROL IN VACUUM TOWERS

The increase in severity of visbreaking relates to an increase in olefin concentration in the visbreaking pitches. To conditions of the recovery of gas oils in the vacuum distillation tower, these olefins undergo oligomerization reactions, which produce sludge/polymers. The oligomerization reactions are favored by high temperatures, increment in the times of residence, free radicals and metals that can act as catalysts. The polymers are deposited in the Glitsch meshes and they become traps for the asphalt that are carried by the vapor currents. As a consequence of this process, the free area of the meshes is decreased and the linear rates of the vapors are increased. In time, an increment is registered in the pressure drops of the meshes as well as a growing contamination of the gas oils. The experimentation demonstrated high solubility of the components that cause this contamination. As a result of the study, a methodology for online tower clearing was put into practice and the problem indicated was controlled.

Se implementa una nueva metodología para lavar el empaque de la torre de vacío de una planta viscorreductora evitando su ensuciamiento. El incremento de la severidad en la viscorreducción conlleva a un aumento en la concentración de olefinas en las breas viscorreducidas. A condiciones de la recuperación de gasóleos en la torre de destilación al vacío, estas olefinas se oligomerizan produciendo gomas. La reacción de oligomerización se favorece por las altas temperaturas, incremento en los tiempos de residencia, presencia de radicales libres o de trazas de metales que pueden actuar como catalizadores. Las gomas se depositan en las mallas Glitsch y se convierten en trampas para los asfaltenos arrastrados por las corrientes gaseosas. Como consecuencia de este proceso, se va reduciendo el área libre de las mallas y se incrementan las velocidades lineales de los vapores. En el tiempo se va registrando un incremento en las caídas de presión de las mallas y una creciente contaminación en los gasóleos. La experimentación demostró una alta solubilidad de los componentes causantes de este ensuciamiento. Como resultado del estudio se puso en práctica una metodología de lavado en línea de la torre y se controló el problema enunciado.

DYNAMIC SIMULATION OF A FURNACE OF STEAM REFORMING OF NATURAL GAS

Steam reforming of natural gas is a very important industrial process in refineries and ammonia and methanol plants. Hydrogen is produced by reforming methane with steam. This hydrogen is essential in the hydrotreating process in the refineries thus, it is important to supervise and control the performance of the hydrogen plant. Mathematical models of refineries and chemical plants are used to simulate the behavior of the process units. However, the models especially of reactors like reformers, are not very reliable. This paper presents a dynamic model of a furnace reactor. The simulation results are validated with industrial data.

El reformado de gas natural con vapor de agua es un proceso muy importante a nivel industrial en refinerías y plantas de amoníaco y metanol. El hidrógeno es producido principalmente por reformado de metano y es esencial en refinerías, en los procesos de hidrotratamiento, por esta razón es importante supervisar y controlar el desempeño de las unidades de hidrógeno. Actualmente en las refinerías y plantas químicas se utilizan modelos para simular el comportamiento de las unidades de proceso. Sin embargo, los modelos especialmente de reactores como reformadores, no son muy confiables. Este artículo presenta un modelo dinámico de un horno reactor de reformado, que considera las reacciones y los procesos de transferencia de masa y energía, que se llevan a cabo en este reactor. Los resultados obtenidos en la simulación son validados con datos a nivel industrial.

HEAVY HYDROCARBON-COAL SURFACTANT-WATER-CCTA MIXTURE TECHNOLOGY. SEMI-INDUSTRIAL EVALUATION

Using low viscosity inverse emulsion (o/w) technology of fuel oil in water, developed at the Instituto Colombiano del Petróleo, ICP, a synergy with the Coal-Surfactant-Water (CCTA) systems was established, yielding a new fuel mixture caled CCTA, Coal-Fuel Oil-Surfactant-Water. This triple system holds microscopic droplets of fuel oil and solid coal powder particles (up to 30% in weight) in suspension, in a water continuum medium. In the study performed, the stability during storage and pipeline transport at a semi-industrial scale of the CCTA systems was evaluated at two temperature ranges. The results show stability of over 30 days under testing conditions. In the ICP fuel evaluation unit, several diferent nozzles of comercial use with liquid fuels and diferent ratios of excess oxygen were evaluated finding some conditions appropriate for the burning of this non-conventional fuel. Likewise, the monitoring of emissions during the combustion process was performed, observing low contaminant levels in comparison with other liquid fuels.

Utilizando la tecnología de emulsiones inversas (o/w) de baja viscosidad de combustóleo en agua, desarrollada en el Instituto Colombiano del Petróleo (ICP), se estableció una sinergia con los sistemas de Carbón-Tensoactivo- Agua (CCTA), para dar como resultado una nueva mezcla combustible denominada CCTA, Carbón-Combustóleo- Tensoactivo-Agua. Este sistema triple, tiene en suspensión gotas microscópicas de combustóleo y partículas sólidas de carbón pulverizado (hasta el 30% en peso), en un medio continuo constituido por agua. En el estudio realizado se evaluó la estabilidad en almacenamiento y transporte por tuberías a escala semi-industrial de los sistemas CCTA a dos rangos de temperatura. Los resultados obtenidos demuestran que la estabilidad supera los 30 días bajo las condiciones de prueba. En la unidad de evaluación de combustibles del ICP se evaluaron diferentes boquillas de uso comercial con combustibles líquidos y diferentes relaciones de exceso de oxígeno, halando unas condiciones apropiadas para la quema de este combustible no convencional. Igualmente se realizó el monitoreo de emisiones durante el proceso de combustión observándose niveles de contaminantes bajos en comparación con otros combustibles líquidos.

DESIGN AND EVALUATION OF OXYGEN TRANSFERENCE PROCESSES IN WASTEWATER TREATMENT

Aprocess of air injection to bodies of water was developed and evaluated. The system is composed of ejectors operated by pressurized water (where atmospheric air is drawn in), a network of contact and distribution pipelines (tubing), and a dispersion system. The influence and importance of each of these parts, especially the ejectors, was studied in order to create a model system that was compared with the most common types of aerators (oxygenators) used in industrial processes for water treatment. The energy efficiency (expressed as kilograms of oxygen transferred per kilowatt/ hour consumed) is used as the unit of comparison of the different processes studied. Furthermore, the comparative advantages of each of the systems were evaluated, namely maintenance, service factor, operation and installation viability, homogeneity, operational stability, adaptability to changing operating conditions among others. It was found that the appropriate industrial installation of an aeration system like the one proposed here, can generate over 30% in energy savings and a 90% reduction in maintenance costs among some of its major advantages.

Se desarrolló y evaluó un proceso de inyección de aire a cuerpos de agua, el sistema esta compuestos por eyectores operados por agua a presión (en donde se succiona el aire atmosférico), la red de tubería de contacto y distribución y el sistema de dispersión. La influencia y la importancia de cada una de estas partes, en especial los eyectores, se estudió con el fin de lograr un sistema modelo que fue comparado con los principales tipos de aireadores usados en procesos industriales de tratamiento de agua. Se usó la eficiencia energética, expresada en kilogramos de oxígeno transferido por kilovatio-hora consumido, como unidad de comparación de los diferentes procesos estudiados. También se evaluarón las ventajas comparativas de cada uno de los sistemas como mantenibilidad, factor de servicio, facilidad de operación, facilidad de instalación, homogeneidad, estabilidad operacional, adaptabilidad a cambios de condiciones de operación entre otras. Se encontró que la adecuada instalación industrial de un sistema de aireación como el propuesto puede generar ahorros de energía de más del 30% y reducción de costos de mantenimiento del 90% entre sus principales ventajas.

DISEÑO DE UN NUEVO SISTEMA DE FLOTACIÓN PARA TRATAMIENTO DE AGUAS INDUSTRIALES

La flotación por aire es un proceso de separación física para el tratamiento de aguas residuales industriales, que remueve grasas, aceites y sólidos suspendidos. Aunque hay diferentes métodos de flotación, que han sido utilizados en la industria del petróleo, su aplicación está sujeta a numerosas limitaciones operacionales y económicas. En este trabajo se discuten algunas comparaciones de estas técnicas de flotación. Ha sido desarrollado un nuevo sistema para el tratamiento de aguas residuales por flotación. Este sistema es el resultado de varios años de investigación tanto en laboratorio como en planta piloto. El nuevo diseño utiliza características combinadas de otras técnicas, está basado en una modificación de un sistema de flotación por aire inducido para que opere como un sistema de flotación por aire disuelto, lo cual permite mejorar su desempeño a más bajo costo y reducir problemas operacionales asociados a mantenimiento de equipos. El sistema desarrollado tiene varias características que mejoran su funcionamiento, incluido el uso de boquillas para inyección y dispersión del gas en la fase líquida. Frente a los sistemas convencionales, se elimina la necesidad de utilizar equipos motorizados generadores de burbujas para cada celda de flotación, y así disminuir los requerimientos energéticos.

The air flotation is a process of physical separation for the industrial wastewater treatment, that removes oils and suspended solids. Although methods different from flotation have been used in petroleum industry, their application is subjected to numerous operational and economic limitations. In this work some comparisons of these flotation techniques are discussed and, a new system for the treatment of residual waters by flotation is the developed. This system is the result of several years of research both in laboratory and in pilot plants. The new design uses characteristics from other techniques, it is based on a modification of a system of induced air flotation as to operate like a system of dissolved air flotation, which improves its performance at lower costs and reduces operational problems associated with equipment maintenance. The developed system has several characteristics that improve its operation, including the use of nozzles for gas injection and dispersion in the liquid phase. As opposed to conventional systems, there is no need to use motorized bubble generating equipment for each flotation cell, diminishing therefore power requirements.

MICROBIOLOGICAL OXIDATION OF SULFIDES PRESENT IN REFINERY SOUR WATERS BY FIXED BED REACTORS

Agroup of native bacteria with a sulfide oxidation capacity was isolated at the Instituto Colombiano del Petróleo (ICP). The bacteria were immobilized in an inert inorganic support of sintered glass that was used to evaluate a fixed packed column system working in batches as well as in a continuous mode. The experiments carried out in real wastewater and in refinery sour water show high sulfide removal percentages (over 90%) both in low and high sulfide concentrations. The appropriate operation pH is in the alkaline range (8.0 to 9.0) and it decreases as the reaction proceeds. The ability of the microbial consortium to take in the ammonia nitrogen required for their metabolic activity and a possible heterotrofic nitrification, and the phenol present in the stream as a carbon source for some of the formulated strains, is demonstrated. Sulfur mass balances are carried out quantifying it as sulfates, tiosulfates, sulfide, and elementary sulfur. The effect of operational changes on the sulfide removal percentage is evaluated obtaining a quick response of the system. A kinetic analysis was carried out and the corresponding constants derived from the Michaelis-Menten equation were calculated. The maximum removal velocity and the saturation constant are Vm = 6.03-1 0 kg S/m s and Ks = 2.1325-10-4 kgS/m³.

En el Instituto Colombiano del Petróleo (ICP) se aisló un grupo de bacterias nativas con capacidad bioxidadora de sulfuras. Dichas bacterias fueron inmovilizadas en un soporte inorgánico inerte de vidrio sinterizado, con el cual se evaluó un dispositivo de columna empacada de lecho fijo funcionando por lotes y en continuo. Ensayos realizados en matriz real, agua agria de refinería muestran altos porcentajes de remoción desulfuro (mayor del 90% tanto a bajas como a altas concentraciones de este compuesto. El pH óptimo de operación se encuentra en el rango alcalino (8.0 - 9.0) y se produce una disminución del mismo al tiempo que se remueve el sulfuro, de igual manera se demuestra la capacidad, por parte del consorcio microbiano, de tomar el nitrógeno amoniacal y el fenol presente en la corriente, el primero, para su actividad metabólica y posible nitrificación heterotrófica y el segundo como fuente de carbono para algunas de las cepas formuladas. Se realizan balances de masa del azufre cuantificándolo como sulfatos, tiosulfatos, sulfuro y azufre elemental. Se evalúa el efecto de cambios operacionales sobre el porcentaje de remoción de sulfuros obteniéndose una respuesta rápida del sistema. Se realiza un análisis cinético y se calculan las respectivas constantes derivadas de la ecuación de Michaelis -Menten. La máxima velocidad de remoción y la constante de saturación son Vm = 6.03-1 0 kg S/m s y Ks = 2.1325-1 O"4 kg S/m³.

ÍNDICES DE CONTAMINACIÓN PARA CARACTERIZACIÓN DE AGUAS CONTINENTALES Y VERTIMIENTOS. FORMULACIONES

Como complemento a un desarrollo previo, publicado por Ramírez et al., 1997, y gracias a los análisis de información recopilada en muestreos de cuerpos de aguas, se formulan nuevos índices de contaminación (ICO) para la caracterización de aguas naturales y vertimientos, todos ellos independientes de otros ICO definidos con anterioridad y que brindan información complementaria sobre la calidad de las aguas. Se desarrolla un índice para el pH (ICOpH), que resulta complementario con aquellos durante la caracterización de aguas dulces naturales. Adicionalmente, se presenta un índice para la temperatura (ICOTEM), desarrollado para la evaluación de vertimientos y se fundamenta en la diferencia de temperatura entre el vertimiento y el cuerpo receptor. Por último, se formulan índices de contaminación para hidrocarburos aromáticos y alifáticos, componentes altamente susceptibles a su acumulación en organismos vivos. Estos índices se han desarrollado basados en aproximadamente 130 mediciones realizadas en muestras de tejidos de peces y en sedimentos, en desarrollo de monitoreos en cuerpos de agua que han sido afectados en grado diferente por la industria petrolera, así como de otras actividades antrópicas.

Contamination indexes (ICO) for characterization of natural water bodies and industrial discharges have been formulated in previous works by Ramirez, et al, 1 997. In this work, complementary indexes not correlated with other ICOs previously developed are established thus resulting in a complementary tool to be applied in the interpretation and characterization on continental surface water bodies. First, a pH index (ICOpH) is obtained to determine pH incidence on water quality interpretation. A temperature index (ICOTEM) is also obtained to evaluate effluent incidence on receiving water bodies. ICOTEM is based on temperature difference of the wastewater discharge and the water body. Finally, indexes for the evaluation of aromatic and aliphatic hydrocarbons are also developed based on data collected on sediments and fish tissue samples. These hydrocarbon compounds are highly viable to accumulate and produce longterm detrimental effects on living organisms. These latter indexes have been developed based on data of nearly 1 30 samples collected during monitoring campaigns in streams and water bodies affected by discharges of the petroleum industry or by accidental spills of crude oil or hydrocarbon by-products in Colombian streams; it is also possible that anthropic influence other than petroleum discharges might be affecting the streams included in the monitoring campaigns.

EVALUACIÓN ECOTOXICOLÓGICA DE LA INFLUENCIA DE LOS VERTIMIENTOS DEL CAMPO DE PRODUCCIÓN LA CIRA-INFANTAS (GCO) SOBRE DOS CUERPO RECEPTORE

Se utilizó una metodología para determinar la toxicidad aguda y carga tóxica de los seis efluentes del campo de producción La Cira-Infantas, perteneciente a la Gerencia Centro Oriente (Ecopetrol -GCO). Además, se valoró la calidad del agua de los cuerpos receptores (caño La Cira y caño Reposo), por medio de pruebas de toxicidad con tres organismos autóctonos de la región: el alga Scenedesmus subspicatus, la macrófita Lemna aequinoctialis y el cladocero Moinodaphnia macleayi. Como organismo de referencia, por su amplia utilización internacional, se empleó Dap/in/a pu/ex. Se buscó determinar el potencial tóxico de los efluentes (BaC+2 y NaCI) por medio de bioensayos adicionales, pues la concentración de estos iones (Ba+2 y Cl-) sobrepasan los límites permisibles. Los organismos presentaron sensibilidad al tóxico de referencia (K2Cr2O7), cumpliendo con las exigencias dadas por los protocolos internacionales para ser utilizados como bioindicadores en estudios ecotoxicológicos. La respuesta de los bioindicadores a los efluentes dependió de cada organismo. Sin embargo, las estaciones 2 y 3 presentaron mayor toxicidad y, a su vez, son las que vierten las mayores cargas tóxicas a los cuerpos receptores.

Application of a methodology to determine acute toxicity and toxic charge of the six effluents of Ecopetrol's production field La Cira-lnfantas, as well as to assess water quality of receptor streams (La Cira and Reposo), through toxicity test with three native organisms from the region: an algae (Scenedesmus subspicatus), a macrophite (Lemna aequinoctialis) a cladoceran (Moinodaphnia macleayi) and Daphnia pu/ex as the reference organism. The toxic potential of the effluents, by conducting additional bioassays with (BaC+2 y NaCI), was also determined since high concentrations of (Ba+2 and Cl-;) are present in the effluents. All tested organisms showed sensitivity to the reference toxicant (K2Cr2O7), and met international criteria fortheir use as bioindicators in ecotoxicology studies. The response of the bioindicators to the effluents depended on each organism; however effluents 2 and 3, the more highly contaminated, presented the highest toxicities.

MATERIALES COMPUESTOS ORGÁNICOS UTILIZADOS COMO REFUERZO DE TUBERÍAS DE CONDUCCIÓN DE FLUIDOS

En este documento se presentan las pruebas experimentales, y sus resultados, realizadas durante el diseño y desarrollo de un Material Compuesto Orgánico (MCO) para refuerzo y recubrimiento de tuberías de transporte de fluidos. El MCO se diseña para ser utilizado en oleoductos que presenten daños superficiales externos tipo abolladuras o picado por corrosión. El MCO puede recuperar líneas de transporte con defectos del 65% de pérdida de espesor por corrosión en longitudes no mayores a 0,2 m (es posible reforzar defectos de mayor profundidad, pero en menores longitudes). El sistema desarrollado por Ecopetrol-ICP, tiene la particularidad de detener el avance de la corrosión, posee excelente capilaridad, buena adhesión, buena resistencia en protección catódica y buena resistencia mecánica, suficiente para la presión de operación de un oleoducto. El MCO consiste en una matriz polimérica (resinas epóxicas) reforzada con fibras orgánicas. Una ventaja que da a este producto una alta competitividad es su bajo peso, muy apropiado para ciertas aplicaciones donde éste es un factor problema. Finalmente, el sistema puede ser aplicado tanto en tuberías enterradas como sobre superficie, sin necesidad de suspender la operación. La presión de ruptura máxima alcanzada por el MCO es de 23,4 MPa (instalado en tuberías con defectos de pérdida de espesor por corrosión del 65%), comparativamente la presión de operación normal de un oleoducto no supera los 1 0 ó 12 MPa.

This paper presents the experimental test and the results of the development of a composite organic material (MCO) for the reinforcement and covering of pipelines. MCO is desinged to be applied to pipelines with external, damages such as dents or gauges or with surface damages caused by corrosion. The product can recover transport lines with 65% thickness losses due to corrosion in lenghts of less than 0,2 m. The system developed by Ecopetrol-ICP can stop progressive picking corrosion, it has an excellent capillary, good adhesion, good resistance in cathodic protection, and mechanical strength that can support the operational pressure of the pipeline. MCO is a mixture of a polymeric resin reinforced with organic fibers, it can be applied to surface or underground pipelines without stopping normal operation. The maximum rupture pressure attained by the MCO was 23,4 MPa in pipelines with a 65% tickness loss due to corrosion. The normal operation pressure is 1 0 - 1 2 MPa.