CT&F - Ciencia, Tecnología y Futuro

EVALUACION DE CAUSAS DE SOBREPRESIÓN DISTINTAS A LA SUB-COMPACTACIÓN: APLICACIÓN EN YACIMIENTOS NO CONVENCIONALES

ABSTRACT The need of hydrocarbon producing countries to increase reserves has led energy companies to explore the deposits available in source rocks that might be over-pressured and thus, strict rules are required for their development. Overpressure, which may result in wellbore stability problems, could result from several causes such as mechanical effects, dynamic transfer, chemical stress, thermal stress, among others, in which undercompaction is frequently the main cause, generated when the sediment deposition velocity exceeds the fluid ejection rate. The expansion of fluids generated by thermal stresses and the reduction of porosity caused by chemical stresses may be among the other causes of overpressure in shales. The new methodology presented in this paper makes it possible to determine the pressure due to thermal stresses caused by the cracking of kerogen and oil in shales. In addition, petrophysical and geochemical models are considered in order to precisely ascertain the increase in pore pressure due to temperature and fluid expansion. An increase of 20% in pressure is seen when compared with undercompaction. As a result of this methodology, the mud window was optimized and the hydrocarbons, generated under subsurface the conditions (pressure, temperature) analysed, were quantified.

RESUMEN La necesidad de los países productores de hidrocarburos por incrementar sus reservas, ha conducido a las empresas del sector energético a explorar los yacimientos de roca generadora, los cuales, pueden estar sobrepresionados, obligando a establecer reglas estrictas para su desarrollo. Problemas de estabilidad de pozos pueden ser generados por esta sobrepresión, que es causada por esfuerzos mecánicos, la transferencia dinámica, esfuerzos químicos, termales, entre otros; siendo la sub-compactación la causa principal, generada cuando la velocidad de deposición del sedimento excede la velocidad de expulsión del fluido. Específicamente, al estudiar los Shales se deben incluir causas adicionales que propician tal sobrepresión, entre estas causas se puede citar, la expansión de fluidos generada por los esfuerzos térmicos y la reducción de la porosidad causada por esfuerzos químicos. Este trabajo presenta una metodología novedosa, que permite determinar la presión de poro incluyendo los esfuerzos térmicos originados por el craqueo del kerógeno y el aceite en el shale. Además, considera el acople de los modelos petrofísico y geoquímico, con la finalidad de conocer en profundidad el incremento de la presión de poro, debido a la temperatura y la expansión de fluidos. Como resultado, se evidencia un aumento de la presión de poro del 20%, en comparación a sólo considerarse la sub-compactación como variable de influencia. Con esta metodología se optimizan las ventanas de estabilidad y se cuantifican los hidrocarburos que pudieron generarse bajo las condiciones de presión y temperatura analizadas.

PARAMETRO OPTIMO DE FORMA PARA LA SOLUCIÓN DE LA ECUACIÓN DE HELMHOLTZ 2D EN MODELO SIN MALLA

ABSTRACT The solution of the Helmholtz equation is a fundamental step in frequency domain seismic imaging. This paper deals with a numerical study of solutions for 2D Helmholtz equation using a Gaussian radial basis function-generated finite difference scheme (RBFFD). We analyze the behavior of the local truncation error in approximating partial derivatives of the 2D Helmholtz equation solutions when the shape parameter of RBF varies. For discretization, we performed, by means of a classical numerical dispersion analysis with plane waves, a minimization of the error function to obtain local and adaptive near optimal shape parameters according to the local wavelength of the required solution. In particular, the method is applied to obtain a simple and accurate solver by using stencils which seven nodes on hexagonal regular grids, wich mitigate pollution-effects. We validated numerically that the stability and isotropy are enhanced with respect to Cartesian grids. Our method is tested with standard case studies and velocity models, showing similar or better accuracy than finite difference and finite element methods. This is an efficient way for interacting with inverse and imaging problems such as Full Wave Inversion

RESUMEN La solución de la ecuación de Helmholtz es una parte fundamental en la modelación sísmica en el dominio de la frecuencia. Este artículo realiza un análisis numérico de las soluciones de la ecuación de Helmholtz 2D utilizando un esquema de diferencias finitas (RBFFD), generado por funciones gaussianas de Base radial. Se analiza el comportamiento del error de truncamiento local al aproximar las derivadas parciales de las soluciones de la ecuación de Helmholtz 2D cuando varía el parámetro de forma de la RBF. Para la discretización, hemos realizado, mediante un análisis de dispersión clásico con ondas planas , una optimización de la función de error para obtener valores locales y adaptativos del parámetro de forma de acuerdo con la longitud de onda local de la solución requerida. En particular, el método se aplica para obtener un programa sencillo y óptimo usando plantillas de siete nodos sobre mallas regulares hexagonales, que mitigan el efecto polución. Se comprueba numéricamente que la estabilidad e isotropía son mejoradas con respecto a las mallas cartesianas. Nuestro método es probado con casos de estudio y modelos de velocidad estándar, mostrando exactitud similar o mejor que los métodos de diferencias o elemento finitos. Esta es una manera eficiente de interactuar con problemas inverso y de imagen tales como la inversión de onda completa

RECONSTRUCCIÓN DEL RELLENO DE UN CAÑÓN SUBMARINO A PARTIR DE ANÁLISIS SISMOESTRATIGRÁFICO INTEGRADO - APLICACIÓN A LA FORMACIÓN BANQUERAU, CUENCA ESCOCIA - COSTA AFUERA CANADÁ

ABSTRACT Building geological models (integrating stratigraphic, structural and paleo-environmental 3D models) that allow the interpretation of sand bodies deposited by turbidity currents along submarine canyons or channels, is one of the most useful tools used by geoscientists for the definition of new drilling opportunities in both exploration and development phases. In this context, the integration of methodologies such as sequence stratigraphy and seismic attributes, together with well-log and core information, outline the basis for the interpretation of sand-body lithostratigraphy and chronostratigraphy. Similarly, these models allow the interpreter to reconstruct the depositional environment and deformation history of a sedimentary basin [1]. Based on a series of chronostratigraphic stages, this paper proposes a 3D model for the sedimentation history of the Banquereau Formation. This model is based on the integration of seismic stratigraphy, seismic attribute interpretation and well-log analysis. Also, a set of system tracts and corresponding transgression and regression phases were identified for the sedimentary interval of interest. The available dataset provided the information to identify the geometry and changes in the sedimentation patterns of the stratigraphic sequences from the Tertiary to the present, thus defining a 3D model of the sedimentological and structural architecture of this interval. Last but not least, the resulting 3D stratigraphic model made possible the identification and description of an amalgamated channel complex filling a submarine canyon associated with a fluvio-deltaic setting. This sort of analysis might be used as an analog for similar reservoirs, providing key insights and vital information for decision making.

RESUMEN La construcción de modelos geológicos que permitan la interpretación de cuerpos de arena depositados por corrientes de turbidez a lo largo de cañones o canales submarinos, es una de las herramientas más utilizadas por los geocientíficos para la definición de nuevas oportunidades de perforación en las fases de exploración y desarrollo. En este contexto, la integración de metodologías como estratigrafía de secuencias y atributos sísmicos, en conjunto con información de registros de pozo y de núcleos, esbozan las bases para la interpretación litoestratigráfica y cronoestratigráfica de cuerpos de arena. De la misma manera, estos modelos permiten al intérprete reconstruir el ambiente de depósito y la historia de deformación de una Cuenca sedimentaria. Basado en una serie de etapas cronoestratigráficas, este artículo propone un modelo 3D para la historia de sedimentación de la Formación Banquerau. Este modelo se basa en la integración de estratigrafía sísmica, la interpretación de atributos sísmicos y el análisis de registros de pozo. También, se identificó un conjunto de system tracts y sus correspondientes fases de transgresión y regresión para el intervalo sedimentario de interés. Los datos disponibles proporcionaron la información para identificar la geometría y los cambios en los patrones de sedimentación de las secuencias estratigráficas desde el Terciario hasta el presente, definiendo así un modelo 3D de la arquitectura sedimentológica y estructural de este intervalo. Por último, pero no menos importante, el modelo estratigráfico 3D resultante hizo posible la identificación y la descripción de un un complejo de canales amalgamados rellenando un cañón submarino asociado con un entorno fluvio-deltáico. Este tipo de análisis podría ser usado como un análogo para reservorios similares, proporcionando información clave y vital para la toma de decisiones.

MODELAMIENTO TERMOHIDRÁULICO EN ESTADO TRANSITORIO PARA LA EVALUACIÓN DE LOS PROCEDIMIENTOS DE PARADA Y REARRANQUE DE OLEODUCTOS

ABSTRACT In order to study shutdown and re-start in heavy crude oil pipelines, a model was developed. It simulates, in a transient state, the behavior of pressure, flow and temperature variables, averaged over the cross-sectional area and as a function of time and the axial coordinate. The model was validated with actual operational data from a test case. Results obtained for different operating points, stopping time, crude properties, topographies and lengths are presented. Additionally, the governing equations are converted to dimensionless expressions in order to obtain the dimensionless numbers relevant to the re-start operation for crude oil pipelines.

RESUMEN Con el objeto de modelar situaciones de parada y re arranque en oleoductos que transportan crudos pesados, se desarrolló un modelo que simula, en un estado transitorio el comportamiento de las variables de presión, flujo y temperatura, promediadas en el área transversal y en función del tiempo y de la coordenada axial. El modelo fue validado con datos operacionales reales de un caso de prueba. Se presentan resultados obtenidos para diferentes puntos de operación, tiempo de parada, propiedades del crudo, topografías y longitudes. Además, las ecuaciones gobernantes se convierten en expresiones adimensionales para obtener los números adimensionales relevantes para la operación de rearranque de oleoductos.

COMPARACIÓN DE MODELOS ANALÍTICO Y DE DINÁMICA DE FLUIDOS COMPUTACIONAL DE UN TUBO VÓRTEX RANQUE-HILSCH COMERCIAL OPERANDO CON AIRE Y METANO.

ABSTRACT This paper presents a comparison between the behavior predicted by a computational fluid-dynamic model (CFD) and an analytical model for a commercial vortex tube using air and methane as working fluids, in addition to a three-dimensional mesh for this purpose. The numerical simulation of the turbulent, compressible and high vorticity flow was carried out using RANS equations, the Realizable k-e turbulence model and STAR-CCM+ as software for the equations solution. The variables measured in this work were temperature, pressure and velocity at the exit nozzles of the vortex generator and the tube discharges, resulting in errors of less than 16% between CFD and the analytical model. This numerical study represents a first approximation of the vorticity phenomenon and has been developed in order to establish a prototype simulation model that provides, under certain inlet conditions to the process, preliminary information on the vortex tube industrial implementation for obtaining liquefied natural gas.

RESUMEN Este artículo presenta una comparación entre el comportamiento predicho por un modelo fluido dinámico computacional (CFD) y un modelo analítico para un tubo vórtex comercial usando aire y metano como fluidos de trabajo y una malla tridimensional para este propósito. La simulación numérica del flujo turbulento, compresible y de alta vorticidad se llevó a cabo utilizando las ecuaciones de Navier-Stokes, el modelo de turbulencia k-e y como software para la solución de ecuaciones STAR-CCM++. Las variables medidas en este trabajo fueron temperatura, presión y velocidad a la salida de las boquillas del generador de vórtice y las descargas del tubo, mostrando errores menores a 16% entre el CFD y el modelo analítico. Este estudio numérico representa una aproximación al fenómeno de vorticidad y se desarrolla a fin de generar un modelo de simulación prototipo que provea bajo ciertas condiciones de entrada al proceso, información preliminar de la implementación industrial del tubo vortex para la obtención de gas natural licuado.

MONITOREO ELECTROQUÍMICO DE UN PROCESO DE DESULFURIZACIÓN FOTOCATALÍTICA DE UN COMBUSTIBLE LÍQUIDO MODELO

ABSTRACT Thiophene is a sulfur compound found mostly in gasoline and contributor to air pollution. This paper analyzes UV light photocatalytic desulfurization of model oil using Ag/TiO2. Thiophene concentration in the oil phase was determined by the electrochemical analyzer using Differential Pulse Voltammetry (DPV). The electrochemical experimental works were performed by two methodologies. First, aliquots of the oleic mixture were taken every 30 minutes and the thiophene concentration was measured over 7 hours of degradation. The concentration of thiophene decreased by 37.94%. In the second methodology, the in situ thiophene concentration was determined by DPV, where the reaction mixture was altered by the addition of acetonitrile and a quaternary ammonium salt as solvent-supporting electrolyte system. In this medium, the thiophene concentration was reduced by 43.88% after 4 hours of photocatalytic degradation.

RESUMEN El tiofeno es un compuesto azufrado que se encuentra principalmente en la gasolina y es uno de los responsables de la contaminación atmosférica. En este trabajo se hizo la implementación de una metodología analítica para la cuantificación de tiofeno a lo largo de un proceso de desulfurización fotocatalítica, usando Voltamperometría Diferencial de Pulsos (VDP). La degradación fotocatalítica de tiofeno se hizo con radiación UV utilizando TiO2 modificado con Ag como semiconductor. El seguimiento electroquímico del tiofeno se realizó mediante dos metodologías. En la primera se tomaron alicuotas de la mezcla oléica cada 30 minutos y se midió la concentración de tiofeno a lo largo de 7 horas de degradación mediante Voltamperometría Diferencial de Pulsos (VDP). La concentración de tiofeno disminuyó en un 37.94%. En la segunda metodología se hizo la determinación electroquímica del tiofeno in situ, para lo cual, la mezcla de reacción se modificó por la adición de acetonitrilo y de una sal de amonio cuaternaria como electrolito soporte. En este medio se redujo la concentración de tiofeno en un 43.88% luego de 4 horas de degradación fotocatalítica.

ANÁLISIS DE DESEMPEÑO DE UN GASIFICADOR COMERCIAL DE LECHO FIJO EN EQUICORRIENTE UTILIZANDO CUESCO DE PALMA

ABSTRACT This work analyzes the use of palm kernel shells (PKS) produced by the Colombian palm oil mill industry, for purposes of fueling a commercial downdraft fixed bed gasifier (Ankur Scientific WGB-20) designed to operate with wood chips. Operational parameters such as hopper shaking time, ash removal time, and airflow were varied in order to get the highest gasifier performance, computed as the ratio between producer gas chemical energy over biomass feeding energy. Experiments were carried out following a half fraction experimental design 24-1. Since these parameters affect the equivalence ratio (ER), behavior indicators were analyzed as a function of ER. It was found that the shaking time and airflow had a significant effect on higher-heating-value (HHV) and process efficiency, while the removal time is not significant. Highest performance for palm shell was reached at ER=0.35, where the resulting gas HHV and process efficiency were 5.04 MJ/Nm3 and 58%, respectively.

RESUMEN En este trabajo se analiza el uso de cuesco de palma africana (proveniente de la industria colombiana del aceite de palma), como combustible para un gasificador comercial downdraft (Ankur Scientific WGB-20). Se plantea un diseño experimental fraccionado 24-1, variando el flujo de aire, el tiempo de vibración de la tolva y remoción de cenizas, con miras a obtener el mayor rendimiento, estimado mediante la relación entre el contenido energético del gas y la biomasa utilizada. Dado que los factores manipulados afectan la relación de equivalencia (ER), los principales indicadores se analizan como función de este. De acuerdo con los resultados, sólo el tiempo de vibración y el flujo de aire tienen un efecto significativo sobre el rendimiento y poder calorífico superior (PCS) del gas de síntesis. El rendimiento más alto se encontró para ER=0.35, donde el PCS del gas y la eficiencia del proceso fueron de 5.04 MJ/Nm3 y 58%, respectivamente.

EFECTO DE LAS IMPUREZAS EN LA REACCIÓN DE POLIMERIZACIÓN DEL GLICEROL CRUDO PARA PRODUCIR POLIGLICEROL

ABSTRACT Crude glycerol (CG) is a low-cost biodiesel industry co-product in a ratio of 1:10 with the main product. The large quantities of CG produced affect the biodiesel and glycerol markets. Consequently, the exploration of new applications for CG becomes crucial. As the composition of CG differs significantly from that of purified glycerol, this work was focused on studying the effect of CG impurities on its polymerization, as this process, at the same reaction conditions established for the polymerization of purified glycerol, did not result in polymeric products. To identify the reason for this result, the CG was fully characterized to identify its composition. Hence, an experimental design using simulated-CG was performed to study the effect of the most abundant impurities in the CG on the polymerization and the impurities that would persist with such reaction conditions, such as soap and sodium. The response variable for the experimental design was the hydroxyl number of the reaction products. FT-IR spectroscopy was used to analyze differences among the reaction products obtained from different treatments. The presence of soap was identified as primary inhibitory factor and the bottleneck in the formation of polyglycerol via polymerization of CG. Molecular weights of the polymerization reaction products were determined and analyzed as per the MALDI-TOF technique. The identification of the effect of impurities of CG polymerization suggests new routes for using it in the production of high value-added chemicals.

RESUMEN El glicerol crudo es un co producto de bajo valor de la industria del biodiesel, que se produce en una relación 1:10 respecto al producto principal. Las grandes cantidades de glicerol crudo producido afectan los mercados tanto del biodiesel como del glicerol. En consecuencia, es fundamental la exploración de nuevas aplicaciones para el glicerol crudo. La composición del glicerol crudo difiere significativamente del glicerol purificado, es por esto que el presente trabajo busca estudiar el efecto de las impurezas del glicerol crudo en su polimerización ya que este proceso, a las mismas condiciones de reacción que aquellas establecidas para el glicerol purificado, no conlleva a productos poliméricos. Para identificar las razones de este resultado, el glicerol crudo fue totalmente caracterizado para identificar su composición. De acuerdo a esto, un diseño experimental usando glicerol crudo-simulado fue desarrollado para encontrar el efecto de las impurezas más abundante presenten en el glicerol crudo sobre su polimerización, además de las impurezas que permanecen a las condiciones de reacción como jabones y sodio. La variable de respuesta del diseño experimental es el índice de hidroxilo de los productos de reacción. La espectroscopia FT-IR se utilizó para analizar las diferencias entre los productos de reacción obtenidos de diferentes tratamientos. La presencia de jabón se identificó como el principal factor inhibitorio y el cuello de botella en la formación de poliglicerol mediante la polimerización de glicerol en crudo. Los pesos moleculares de los productos de reacción de polimerización se determinaron y analizaron con la técnica MALDI-TOF. La identificación del efecto de las impurezas en la polimerización del glicerol crudo abre las puertas a nuevas futas para su uso en la producción de químicos de alto valor agregado.

MODELO CINÉTICO PARA LA PRODUCCIÓN DE FAME USANDO LIPASAS INMOVILIZADAS EN UN SISTEMA LIBRE DE SOLVENTES

ABSTRACT A kinetic model was developed to describe FAME production from refined, bleached and deodorized palm oil (RBDPO) in a solvent-free system, using Thermomyces lanuginosus lipase, in free and immobilized form. The limitations of substrate mass transfer, enzymatic inhibition and discontinuous feeding of alcohol were considered. The kinetic model for the enzyme in free and immobilized form was validated experimentally, under the same process conditions (34 °C, 0.145mg protein/g oil, 4.10:1 methanol: oil molar ratio). The kinetic model predicted a FAME content of 73.47 wt % at 9 hours, with a relative error of 0.140% using the enzyme in free form, while the FAME content predicted by the kinetic model was 47.04 wt % at 9 hours with a relative error of 0.026 using the enzyme in immobilized form. The decrease in the percentage of esters using the enzyme in immobilized form was attributed to limitations by external mass transfer.

RESUMEN Se desarrolló un modelo cinético para describir la producción de FAME a partir de RBDPO (Refined, Bleached and Deodorized Palm Oil) en un sistema libre de solvente, usando la lipasa de Thermomyces lanuginosus, en forma libre e inmovilizada. Se tuvo en cuenta las limitaciones por transferencia de masa de los sustratos, inhibición enzimática y alimentación discontinua del alcohol. Se validó experimentalmente el modelo para la enzima en forma libre e inmovilizada, bajo las mismas condiciones de proceso (34°C, 0.1454 mg proteína/g de aceite, relación molar Metanol: Aceite de 4.1), prediciendo el contenido de FAME en 9 horas, con un error del 0.140% usando la enzima en forma libre, y con un error del 0.026% usando la enzima en forma inmovilizada. La disminución en el porcentaje de ésteres usando la enzima en forma inmovilizada fue atribuida a las limitaciones por transferencia de masa externa.