CT&F - Ciencia, Tecnología y Futuro

REPOSITIONING OURSELVES IN THE SPECIALIZED ENVIRONMENT

DETECTING AND CHARACTERIZING FRACTURES IN SEDIMENTARY DEPOSITS WITH STONELEY WAVES

The naturally fractured reservoirs are attractive potential zones for a successful hydrocarbon prospecting, and the variable density logs (VDL) with Chevron patterns generated by Stoneley waves is a suited tool to characterize fractures. In this project, a simplified algorithm to evaluate fracture location using reflection coefficients and analysis of attenuation was implemented. It also uses a permeability indicator (Stoneley Slowness added by Permeability) to discriminate permeability in fractures. The algorithm was tested in a foot hill well of the Colombian west range, detecting a previously known fractured sandstone zone and indicating its permeability. Besides, the algorithm detected other existent fractures zones with low permeability for production. Previous well flow evaluation of the localized fractures characterized them as low or no permeability fractures.

Los yacimientos naturalmente fracturados son atractivos potenciales para la prospección de hidrocarburos, y los registros de densidad variable (VDL) con los patrones de flecha generados por las ondas de Stoneley son una herramienta apropiada para caracterizar fracturas. En este proyecto se implementó un algoritmo que evalúa directamente la localización de las fracturas en pared del pozo mediante coeficientes de reflexión y análisis de atenuación de ondas de baja frecuencia tipo Stoneley, y utiliza la lentitud adicional por permeabilidad de Stoneley como indicador directo de fracturas para discriminar la existencia de permeabilidad en ellas. El algoritmo fue probado en un pozo del piedemonte de la Cordillera Oriental Colombiana, en una zona de arenisca fracturada, donde localizó e indicó la permeabilidad en una zona de fracturas ya conocida y detectó otras fracturas con permeabilidades poco atractivas para la explotación, las cuales habían mostrado bajas permeabilidades durante la evaluación de flujo del pozo.

METHODOLOGY TO DESIGN OF SYNTHETIC SONIC LOG (SSL) USING ARTIFICIAL NEURAL NETWORKS. COLORADO FIELD APPLICATION

A method that allows the creation of the Synthetic Sonic Log (SSL) was developed from the Spontaneous Potential (SP) logs, the resistivity logs of the flushed zone (SN), and the resistivity zone of the uninvaded zone (ILD), using Artificial Neural Networks (ANN). The SSL was obtained with the created tool called Generation of Synthetic Sonic Logs (GSSL). The results obtained are presented hereinafter: in the Colorado 70 well, 90% of the generated SSL data present errors of less than 10%; in the Colorado 72 well; 53% of the SSL data obtained with the tool are below 5% error, in the Colorado 75 well, 80% of the SSL data present errors of less than 10%, and finally, the SSL generated for the Colorado 38 well follows the behavior of the original Sonic Logs of the well in an accurate manner. From the foregoing we conclude that the quality of the created tool is good and that the deviations are minimal in the times of transit of synthetic sonic profile.

Se desarrolló una metodología que permite crear el Registro Sónico Sintético (RSS) a partir del registro de potencial espontáneo (SP), del registro de resistividad de la zona lavada (SN) y del registro de resistividad de la zona virgen (ILD), utilizando Redes Neuronales Artificiales (RNA). El RSS se obtuvo con la herramienta creada llamada Generación del Registro Sónico Sintético (GERSS). Los resultados que se obtuvieron se presentan a continuación: en el pozo Colorado 70 el 90% de los datos del RSS generado presentan errores menores del 10%; en el pozo Colorado 72 el 53% de los datos del RSS obtenidos con la herramienta están por debajo del 5% de error; en el pozo Colorado 75 el 80% de los datos del RSSS presentan errores menores del 10% y finalmente, el RSS generado para el pozo Colorado 38 sigue el comportamiento del Registro Sónico original del pozo de manera acertada. Visto lo anterior se concluye que la calidad de la herramienta creada es buena y que las desviaciones son mínimas en los tiempos de tránsito del perfil sónico sintético.

PRESSURE AND PRESSURE DERIVATE ANALYSIS FOR A WELL IN A RADIAL COMPOSITE RESERVOIR WITH A NON-NEWTONIAN/NEWTONIAN INTERFACE

In many activities of the oil industry, engineers have to deal with completion and stimulation treatment fluids such as polymer solutions and some heavy crude oils which obey a non-Newtonian power-law behavior. When it is required to conduct a treatment with a non-Newtonian fluid in an oil-bearing formation, this comes in contact with conventional oil which possesses a Newtonian nature. This implies the definition of two media with entirely different mobilities. If a pressure test is run in such a system, the interpretation of data from such a test through the use of conventional straight-line method may be erroneous and may not provide a way for verification of the results obtained. In this work, the signature of the pressure derivative curve is investigated to understand and ease the interpretation of the well test data in reservoirs with non-Newtonian power-law fluids. Specifically, the Tiab's Direct Synthesis (TDS) technique is implemented using some characteristics features found on the pressure and pressure derivative curves. Hence, new equations are introduced to estimate permeability, non-Newtonian bank radius and skin factor. Permeability can be verified. The proposed methodology was successfully verified by its application to an example reported in the literature and a synthetic case.

En algunas actividades de la industria petrolera, los ingenieros tienen que tratar con fluidos de estimulación y completamiento tales como polímeros y algunos crudos pesados que obedecen un comportamiento no Newtoniano. Cuando se requiere un tratamiento con un fluido no Newtoniano en una formación productora de crudo, éste entra en contacto con el crudo convencional que posee naturaleza Newtoniana. Esto implica la definición de dos medios con movilidades completamente diferentes. Si allí se corre una prueba de presión, su interpretación mediante el método convencional de la línea recta podría conducir a resultados erróneos y tampoco permitiría la verificación de los resultados obtenidos. En este trabajo se estudió la huella de la derivada de presión para entender y facilitar la interpretación de pruebas de presión en yacimientos con fluidos no-Newtonianos que obedecen la ley de potencia. Específicamente, se implementó la Síntesis Directa de Tiab (TDS) usando algunas características específicas halladas en la curva de la presión y la derivada de presión, de modo que se introdujeron nuevas ecuaciones para estimar permeabilidad, radio de la zona no Newtoniana y el factor de daño. La permeabilidad se puede verificar. La metodología propuesta se verificó satisfactoriamente mediante su aplicación a un problema reportado en la literatura y otro sintético.

METHOD TO DETERMINE THE WEAKNESS PLANES EFFECT ON THE CALCULATION OF THE COLLAPSE PRESSURE OF OIL WELLS

Given the complexity involved when modeling heterogeneous and anisotropic formations, this condition is usually ignored, supposing that the well is surrounded by a homogenous and isotropic medium. The main objective of this paper is to present a method that shows the error that might occur when the condition of homogeneity and isotropy is not satisfied, when determining collapse pressure in a formation containing planes of weakness. Although the literature presents some studies, there is not a clear method for determining the collapse pressure of a well that takes into account the mechanical properties of the planes of weakness contained in the formation. The proposed method is based on the Mohr Coulomb criterion for homogeneous and isotropic formations and the criterion of Jaeger and Cook (1979) for laminated anisotropic media. It constitutes a robust tool that calculates the collapse pressure in highly complex configurations, contributing thus to prevent waste of time and money by more accurately considering the actual behavior of laminated formations. The method includes: the deduction of the direction cosine equation, the proposal of an objective function, the construction of a collapse pressure profile, and the sensitivity analysis of the collapse pressure with colored rosettes. A real case was selected to implement the proposed method.

Dada la complejidad presentada cuando se modelan formaciones heterogéneas y anisotrópicas por lo general se opta por omitir tal condición, asumiendo que el pozo en las zonas de interés está rodeado de un medio homogéneo e isotrópico. El objetivo principal de este artículo es presentar una metodología que muestra el error que se puede llegar a cometer cuando la condición de homogeneidad e isotropía no se cumple a la hora de determinar la presión de colapso, en una formación que contiene planos de debilidad. Aunque la literatura presenta algunos estudios, no propone una metodología clara para determinar la presión de colapso en un pozo, teniendo en cuenta las propiedades mecánicas de los planos de debilidad contenidos en la formación. La metodología propuesta está basada en el criterio de Mohr Coulomb para formaciones homogéneas e isotrópicas, y en el criterio de Jaeger y Cook (1979) para medios anisotrópicos laminados, y constituye una herramienta robusta que permite calcular las presiones de colapso en formaciones altamente complejas, contribuyendo así a evitar pérdidas de tiempo y dinero al considerar de manera más precisa el comportamiento real de formaciones laminadas. La metodología incluye: la deducción de las ecuaciones de los cosenos directores, el planteamiento de una función objetivo, la construcción de un perfil de presiones de colapso y el análisis de sensibilidad de la presión de colapso mediante rosetas de colores. Para la aplicación de la metodología propuesta, se seleccionó un caso real.

MODIFIED DESIGN FOR VACUUM RESIDUE PROCESSING

The world petroleum industry shows a decreasing in the oil reserves, specially the light kind. For this reason is very important to implement process schemes that give the possibility to improve the recuperation of valuable products of heavy oil. In this case the residue processing in each one of the petroleum refining stages earns great importance with the purpose of maximizing the quantity of fuel by barrel of feedstock processed. Therefore, it has been proposed the modification of the currently vacuum residues process scheme in the Ecopetrol's Barrancabermeja refinery (DEMEX-Visbreaker-Hydroprocessing). That modification consists in the incorporation of an additional Visbreaker stage, previous at DEMEX extraction stage. This investigation was developed with plant pilot tests combined with statistical models that predict the yield and the quality of the products obtained in the industrial plants. These models were developed by the Instituto Colombiano del Petróleo (ICP). The modified scheme Visbreaker I-DEMEX- Visbreaker II- Hydroprocessing, gives the possibility to increase the yield of middle distillates. Besides decrease the quantity of demetalized oil produced in DEMEX stage. This reduction is very favorable since environmental point of view, because it allows have a percentage of free capacity in the Hydroprocessing unit in order to removed sulfur of valuable products like Diesel and in this way to respect the environment law to this kind of fuel.

El panorama mundial de la industria del petróleo muestra una preocupante escasez de las reservas de crudo, en especial de las del tipo liviano. Por esta razón se hace imperante la necesidad de implementar esquemas de procesamiento que permitan aumentar la recuperación de productos valiosos de los crudos pesados. Ante esta situación el procesamiento de los fondos de las diferentes etapas de la refinación del petróleo cobra gran importancia con el fin de maximizar la cantidad de los combustibles recuperados por barril de crudo procesado. En este sentido se plantea la modificación del esquema actual de procesamiento de fondos de vacío de la refinería de Ecopetrol en Barrancabermeja (Desasfaltado con solvente (DEMEX)- Viscorreducción- Hidrotratamiento); dicha modificación consiste en la incorporación de una etapa de viscorreducción adicional, previa al proceso de Extracción DEMEX. La investigación se realizó mediante pruebas a nivel piloto combinadas con modelos estadísticos que predicen el rendimiento y la calidad de los productos obtenidos en las plantas industriales. Estos modelos fueron desarrollados por el instituto Colombiano del Petróleo (ICP). El esquema de procesamiento modificado Viscorreducción I-DEMEX- Viscorreducción II- Hidrotratamiento, brinda la posibilidad de incrementar el rendimiento de destilados medios, y a su vez permite disminuir la cantidad de aceite desmetalizado producido en el proceso DEMEX. Esto último es muy favorable desde el punto de vista medioambiental, pues permite tener un porcentaje de capacidad libre en la etapa de hidrotratamiento, la cual puede ser aprovechada para desulfurizar productos valiosos tales como el combustible Diesel, y de esta manera cumplir la legislación ambiental para este tipo de productos.

DEVELOPMENT OF A CORRELATION TO ESTIMATE THE FATIGUE STRENGTH FOR STEELS BASED ON LOW-COST TEST

Fatigue cracking in metallic materials occurs mainly due to the effect of cyclic stresses and their variation of magnitude over time. To evaluate the fatigue strength based on S-N curves, many tests are needed, which require a lot of time and incur high costs. For this research, several tests were conducted on samples of high-strength steels to determine their mechanical properties, chemical composition and fatigue. It was found that impact toughness Charpy V Notch , the percentage of alloying elements and the mechanical properties show a positive lineal effect in relation to the fatigue strength of the materials evaluated. Considering this behavior, a correlation to predict the fatigue strength of the steel was developed based on the Charpy impact energy, the yield strength, the ultimate strength, and the hardness of the material; thisa correlation shows a very good fit with the experimental fatigue data The main advantage of this correlation is that the estimation of fatigue strength is based on very low cost tests.

El agrietamiento por fatiga en materiales metálicos ocurre principalmente debido al efecto de los esfuerzos cíclicos y la variación de su magnitud en el tiempo. Para evaluar la resistencia a la fatiga basada en las curvas esfuerzo vs. ciclos, se deben correr muchos ensayos, los cuales requieren una gran cantidad de tiempo y altos costos. En esta investigación, se realizaron ensayos en muestras de acero de alta resistencia para determinar sus propiedades mecánicas, composición química y resistencia a la fatiga. Se encontró que la tenacidad al impacto medida en el ensayo Charpy V Notch (CVN), el porcentaje de elementos de aleación y las propiedades mecánicas mostraron un efecto lineal positivo en relación con la resistencia a la fatiga de los materiales evaluados. Considerando este comportamiento, una correlación para predecir la resistencia a la fatiga fue desarrollada basada en la energía absorbida por impacto, la relación entre el esfuerzo de fluencia y el esfuerzo último y la dureza del material; esta correlación presenta un muy buen ajuste con los datos de fatiga experimentales.

SEPARATION OF FRACTIONS FROM VACUUM RESIDUE BY SUPERCRITICAL EXTRACION

The Instituto Colombiano del Petróleo (ICP), has implemented a methodology for separating vacuum residue fractions using the technique of supercritical fluid extraction at the pilot scale. The present study evaluates the efficiency of extraction of fractions of a typical vacuum residue in the Barrancabermeja refinery. The extraction test was carried out with n-hexane under supercritical conditions of temperature and pressure of the 265°C in the range from 450 to 1250 psi, respectively. Finally, each of the fractions were analyzed for their density, viscosity, sulfur content, Conradson Carbon Residue (CCR) content, SARA compositional analysis, and metals.

El Instituto Colombiano del Petróleo (ICP) ha implementando una metodología de separación de fracciones de fondos de vacío mediante la técnica de extracción con fluidos supercríticos a escala piloto. El presente estudio evalúa el rendimiento de extracción de fracciones de un fondo de vacío típico de la refinería de Barrancabermeja. La prueba de extracción se realizó con n-hexano bajo condiciones supercríticas de temperatura y presión de 265°C y 450 a 1250 psi, respectivamente. Finalmente, cada una de las fracciones se les determinó su densidad, viscosidad, contenido de azufre, residuo Carbón Conradson, análisis composicional SARA y metales.

**EVALUATING THE FUNCTIONALITIES OF NiMo/γ-Al₂O₃B₂O₃ CATALYSTS IN NAPHTHALENE HYDRODEAROMATIZATION AND DIBENZOTHIOPHENE HYDRODESFULFURIZATION**

The aim of this work is to contribute to the current understanding on the role of the support's acidic properties in the hydrogenating function of NiMo/γ-Al2O3 type catalysts during hydrodearomatization (HDA) and dibenzothiophene (DBT) type molecules desulfurization. NiMo/γ-Al2O3-B2O3 catalysts of different B2O3 (0, 2, 3, 6 and 8 wt.%) contents were prepared and tested in independent and simultaneous naphthalene (NP) HDA and DBT hydrodesulfurization (HDS) reactions. For HDA the catalytic activity as a function of the B2O3 content followed a volcano-shape trend, with a maximum around 3 wt.% of B2O3. In DBT desulfurization boron was found to have a positive effect in the development of the HYD route of desulfurization possibly due to an increase in total acidity. Conversely, the direct desulfurization route (DDS) was negatively affected by boron addition. The presence of NP during the HDS of DBT was found to have a significant effect in neither total HDS activity nor the HYD/DDS selectivity. The findings in this paper are significant for ultra-deep HDS of heavy oil cuts where increasing in the selectivity to HYD is a must because highly refractory alkyl-DBTs mostly react by this reaction route.

El objetivo de este trabajo es contribuir a entender el papel de la acidez de los soportes sobre la función hidrogenante de catalizadores tipo NiMo/γ-Al2O3 durante la hidrodesaromatización (HDA) y la desulfuración de moléculas tipo dibenzotiofeno (DBT). Se prepararon catalizadores NiMo/γAl2O3-B2O3 con diferentes contenidos de B2O3 (0, 2, 3, 6 y 8% en peso) y se ensayaron independiente y simultáneamente en la HDA del naftaleno (NF) y la hidrodesulfuración (HDS) del DBT. La actividad catalítica en HDA en función del contenido de B2O3 siguió una curva tipo volcán con un máximo alrededor de 3% de B2O3. En la HDS del DBT, se encontró que el boro tiene un efecto positivo sobre el desarrollo de la ruta de hidrogenación (HID) de la desulfurización, posiblemente debido al aumento en la acidez total. Por el contrario, la ruta de desulfurización directa (DDS) fue negativamente afectada por la adición de boro. También se encontró que la presencia de NF durante la HDS de DBT no tiene un efecto significativo sobre la actividad total de HDS ni sobre la selectividad HID/DDS. Los hallazgos realizados en este estudio son importantes para los procesos de desulfurización profunda de cortes pesados de refinería; en los cuales se requiere aumentar la selectividad hacia la ruta HID que es la vía de reacción de las moléculas tipo alquil-DBTs que son altamente refractarias al proceso.

DETERMINATION OF MOLECULAR WEIGHT OF VACUUM RESIDUE AND THEIR SARA FRACTIONS

The molecular weight of a number of vacuum residue and their SARA fractions (Saturated, Aromatics, Resins, and Asphaltenes) typical of the Barrancabermeja refinery in Colombia were determined using the following methods: Gel Permeation Chromatography (GPC), Vapor Pressure Osmometry, (VPO), and Simulated Distillation at High Temperature adjusted to the Gamma distribution function. Molecular weight results in vacuum residue and saturated and aromatics fraction obtained from the three techniques used show consistency within an acceptable range. However, the molecular weight results in resins and asphaltenes fraction obtained by the VPO technique significant differences compared with the results found using the techniques of GPC and DS-Gamma.

Se determinaron los pesos moleculares para un número de fondos de vacío típicos de la refinería de Barrancabermeja de Colombia y sus fracciones SARA (saturados, aromáticos, resinas y asfaltenos), usando los métodos de cromatografía de permeación en gel (GPC), osmometría de presión de vapor (VPO) y destilación simulada de alta temperatura ajustada con la función de distribución Gamma. Los resultados de peso molecular en fondos de vacío y sus fracciones de saturados y aromáticos obtenidos a partir de las tres técnicas empleadas muestran consistencia dentro de un rango admisible. Sin embargo, los resultados del peso molecular de las fracciones de resinas y asfaltenos obtenidos por la técnica de VPO, presentan diferencias significativas en comparación con los resultados encontrados usando las técnicas de GPC y DS-Gamma.