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The development of heavy oil reservoirs under steam injection methods is facing multiple challenges due to the volatility of oil markets, energy efficiency, and new and stricter environmental regulations. This study aims to summarize the advances of a Research and Development (R&D) program established by Ecopetrol in 2018 to identify potential opportunities to improve the recovery performance of steam injection projects in heavy oil reservoirs in the Middle Valley Magdalena Basin (VMM) of Colombia. This paper summarizes an approach used to evaluate downhole heating and hybrid steam injection technologies assisted by basic benefit-cost ratios and energy and environmental indexes. Specifically, the methodology is described for the identification of optimum development plan scenarios for heavy oil wells. This study also summarizes recent advances in laboratory studies for the evaluation of hybrid steam flooding technologies (steam plus flue gas and solvents), and provides updates on the hybrid cyclic steam-foam pilot carried out in two VMM wells. The proposed approach represents a fast screening method that has proven to be valuable in supporting management decision-making to allocate resources for laboratory and engineering studies to evaluate thermal enhanced oil recovery (tEOR) technologies in Colombia. The proposed methodology has also contributed to reducing the implementation cycle of tEOR technologies following the reservoir analog description of reserve analysis. The latter was validated with the successful pilot results of the hybrid steam injection with foams implemented in July 2019. RESUMEN La explotación de yacimientos de crudos pesados utilizando procesos de inyección de vapor cada vez presenta mayores retos dada la volatilidad de los precios del petróleo, eficiencias energéticas y nuevas y más estrictas regulaciones ambientales. En este sentido, el presente trabajo resume los avances de programa de Investigación y Desarrollo (I y D) establecido desde el 2018 para identificar oportunidades para mejorar la eficiencia de recobro de campos de crudos pesados en el Valle Medio del Magdalena (VMM), Colombia. Este trabajo resume la metodología de simulación numérica empleada para evaluar tecnologías de generación de calor de fondo y de métodos híbridos de inyección de vapor basados en indicadores económicos básicos e indicadores ambientales y energéticos. Específicamente, en este trabajo la metodología se describe en la identificación de posibles escenarios óptimos para el desarrollo de pozos de crudos pesados. Este estudio también resume los avances recientes de estudios de laboratorio de tecnologías híbridas (de inyección de vapor p.e. gases de combustión y solventes), así como una actualización de los resultados del piloto de inyección cíclica de vapor con espumas en dos pozos del VMM. La metodología propuesta representa una valiosa herramienta para apoyar decisiones a nivel gerencial, lo cual servirá de soporte al asignar y distribuir recursos para desarrollar estudios de laboratorio e ingeniería con el fin de evaluar las tecnologías de recobro mejorado térmico con mayor potencial para poder contribuir las necesidades energéticas de Colombia. Adicionalmente, esta metodología también contribuyó a reducir el ciclo de implementación de este tipo de tecnologías basados en la descripción del concepto de analogía de yacimientos de análisis de reservas. Lo anterior se valida con la implementación exitosa del piloto de inyección cíclica de vapor con espumas en Julio del 2019.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Um dos principais desafios da indústria petrolífera atualmente é melhorar a recuperação em campos terrestres. Das reservas em terra de hidrocarbonetos, uma porção significativa é composta por óleos pesados e extrapesados. Os métodos térmicos e os miscíveis auxiliam no aumento de produção de hidrocarbonetos pela redução da viscosidade, das forças capilares e da tensão interfacial. Eles podem ser combinados por meio da coinjeção de vapor e solvente. Uma das soluções mais versáteis para a recuperação de óleo pesado é a coinjeção cíclica de vapor e solvente, pois proporciona produção de volumes consideráveis e retorno do valor investido em um curto intervalo de tempo. O potencial de aumento no fator de recuperação pode ser maior que 5% e a redução de gases do efeito estufa de aproximadamente 25%. Por isto, este trabalho tem como objetivo avaliar tecnicamente e economicamente o processo de injeção cíclica de vapor e solvente em um reservatório de óleo pesado com características do nordeste brasileiro. As simulações foram realizadas em um programa comercial de modelagem de reservatórios de petróleo. Para esta análise, foram realizados um planejamento experimental completo 2x34 e outro planejamento 35 , variando fatores tais como: tipo de solvente, porcentagem molar do solvente, temperatura de injeção, vazão de injeção de fluidos (vapor e solvente), compressibilidade da rocha, tempo de injeção, tempo de soaking e duração dos ciclos. Foi realizado um estudo do comportamento da temperatura ao longo do poço (nos blocos) e das perdas de energia. Foi analisado o volume acumulado de óleo produzido. Os resultados obtidos mostraram que as variáveis analisadas que tiveram maior influência na produção acumulada de óleo foram a compressibilidade da formação, vazão de injeção, porcentagem de solvente, intervalo dos ciclos e duração da fase de injeção, sendo a compressibilidade a variável que mais influenciou. E dentre os três solventes utilizados (pentano, heptano e diesel), o heptano apresentou desempenho superior e os outros dois apresentaram desempenhos semelhantes. A temperatura ao longo do poço sofreu mais influência da vazão de injeção e maiores vazões proporcionaram maiores perdas de calor. A temperatura ao longo do poço foi diferente, sendo a parte superior mais aquecida, e ocorreram mudanças quando analisados períodos equivalentes de ciclos diferentes. A análise econômica mostrou que maiores quantidades de vapor e solvente tornam o projeto inviável economicamente. One of the main challenges facing the oil industry today is improving land field recovery. Of the hydrocarbon land reserves, a significant portion is made up of heavy and extraheavy oils. Thermal and miscible methods help to increase hydrocarbon production by reducing viscosity, capillary forces and interfacial tension. They can be combined by steam and solvent stimulation. One of the most versatile solutions for heavy oil recovery is cyclic steam and solvent stimulation, as it delivers sizable volumes and returns on a short time. Therefore, this work aims to technically and economically evaluate the cyclic steam and solvent coinjection process in a heavy oil reservoir with characteristics of Brazilian northeastern. The simulations were performed in a commercial oil reservoir modeling program. For this analysis, a complete 2x34 experimental design and a 3 5 design were performed, varying factors such as: solvent type, molar solvent percentage, injection temperature, fluid injection flow rate, rock compressibility, injection time, soaking time and duration of cycles. A study of the behavior of the temperature along the well (in the blocks) and the energy losses was performed. The accumulated volume of oil produced was analyzed. The results show that the analyzed variables that had the greatest influence on the accumulated oil production were formation compressibility, injection flow rate, solvent percentage, cycle interval and injection phase duration. The compressibility was the variable that influenced the most. And among the three solvents used (pentane, heptane and diesel), heptane presented superior performance and the other two presented similar performances. The temperature along the well was more influenced by the injection flow rate. The temperature along the well was more influenced by the injection flow, higher flow rates provided greater heat losses. The temperature along the well was different, with the upper part warmer and changes occurred when analyzing equivalent periods of different cycles. Economic analysis has shown that higher amounts of steam and solvent make the project economically unviable.

Dissertação de Mestrado em Química Forense apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia Os sacos de plástico consistem num tipo de materiais poliméricos de interesse forense que podem ser encontrados em locais de crime. Estes podem, por exemplo, ser usados para ocultar o corpo de uma vítima ou noutros fins relacionados com o crime, tais como o embalamento de drogas ilícitas para serem vendidas no mercado do consumidor. Deste modo, torna-se útil caracterizar estas evidências poliméricas para determinar a sua origem e obter informações suplementares que podem ajudar nas investigações forenses. O objetivo deste projeto é aplicar uma abordagem combinada de métodos instrumentais de análise com técnicas de análise estatística multivariada para a discriminação de sacos de plástico em contexto forense.Neste estudo, vinte e oito sacos de plástico obtidos a partir de sete marcas diferentes foram analisados em três sítios aleatórios por espetroscopia de infravermelho com transformada de Fourier em modo de refletância total atenuada (FTIR-ATR), calorimetria diferencial de varrimento (DSC), análise termogravimétrica (TGA), difração de raios-X (XRD) e microscopia com luz polarizada (PLM). A variabilidade inter e intra-amostras da mesma marca foi investigada, juntamente com a diversidade entre amostras de marcas diferentes. Posteriormente, três métodos de análise estatística multivariada foram aplicados com o intuito de explorar e interpretar os resultados obtidos: análise de agrupamento hierárquico (HCA), análise de componentes principais (PCA) e random forest (RF). A complementaridade dos métodos analíticos e quimiométricos permitiu observar a presença de cinco agrupamentos naturais entre o conjunto de amostras, sendo útil para estabelecer uma análise comparativa rápida e, consequentemente, discriminar a maior parte das marcas estudadas de sacos de plástico aparentemente semelhantes, que apresentam diferenças significativas resultantes do processo de manufatura. Os mesmos métodos também foram aplicados no estudo e investigação de oito amostras cegas, as quais foram identificadas com sucesso e usadas para testar e validar os métodos estatísticos. Plastic bags consist in a type of polymeric materials of forensic interest that may be found in crime scenes. They can for example be used to hide the body of a victim or in other crime related purpose, such as packing illicit drugs to be sold in the consumer market. Thus, it becomes useful to characterize these polymeric evidences to determine their source and obtain supplementary information that can help forensic investigations.The purpose of this project is to apply a combined approach of instrumental methods of analysis with multivariate statistical analysis techniques for discrimination of plastic bags in forensic context.In this study, twenty-eight plastic bags obtained from seven different brands were analyzed in three random sites by Fourier transform infrared spectroscopy in attenuated total reflection mode (FTIR-ATR), differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetric analysis (TGA), X-ray diffraction (XRD) and polarized light microscopy (PLM). Inter and intra-sample variability of the same brand was investigated, along with the diversity among samples from different brands.Three methods of multivariate statistical analysis were applied in order to explore and interpret the obtained results: hierarchical clustering analysis (HCA), principal component analysis (PCA) and random forest (RF). The complementarity of analytical and chemometric methods allowed to observe the presence of five natural clusters among the set of samples which was useful for establishing a rapid comparative analysis and, consequently, to discriminate most of the studied brands of apparently similar plastic bags, which have significant differences as a result of the manufacture process.The same methods were also applied in the study and investigation of eight blind samples, which were successfully identified and used to test and validate the statistical methods.

O consumo de água em uma planta de café conilon cultivado em lisímetro foi avaliado. O experimento objetivou estudar a transpiração diária do café e foi realizado no Departamento de Energia Nuclear da UFPE, em Recife – PE, em 2011, por meio de dois métodos: a) lisimetria, por análise de variação de massa; b) fluxo de seiva via método térmico do balanço de calor no caule. A área foliar variou de 1,39 a 1,87 m2 durante o experimento. O consumo de água medido através do lisímetro variou entre 2,61 L a 5,16 L com média de 3,86 L por dia. A demanda atmosférica foi determinada com dados obtidos em duas estações meteorológicas, uma situada próximo ao lisímetro, e a outra, distante cerca de um quilômetro, situada no pátio externo do CRCN. A transpiração medida pelo fluxo de seiva via método térmico subestimou em 10% as medidas realizadas no lisímetro. Os resultados do estudo indicaram grande precisão na estimativa da transpiração do café conilon.

A exploração de reservas de hidrocarbonetos pesados e extrapesados é de interesse primordial para muitas companhias de petróleo, uma vez que, a magnitude desses recursos representa parte da energia mundial. A produção de óleo pesado, a partir de depósitos subterrâneos, é complexa, até mesmo sob as melhores circunstâncias, devido principalmente à elevada viscosidade do óleo. Para melhor desenvolver o processo de produção, tornando-o eficiente, de maneira que os fluidos que não seriam produzidos consigam chegar à superfície, foram desenvolvidos métodos de recuperação convencionais e especiais, para obtenção de um maior fator de recuperação e, consequentemente, uma maior lucratividade na operação de explotação dessas jazidas. Para reduzir a alta viscosidade e as elevadas tensões interfaciais, foram desenvolvidos os métodos térmicos. Nesse trabalho, simulou-se a injeção continua de vapor, com poços injetores verticais e horizontais, para desenvolver um reservatório com características do Nordeste brasileiro, de óleo pesado, através da condução dos fluidos produzidos com poço horizontal. Foram feitas análises técnicas e econômicas dos modelos que diferiam quanto às suas restrições e arranjos estruturais do sistema. Na configuração horizontal se observou a influência da vazão de injeção, da distância vertical e da distância lateral sobre o fator de recuperação. Na configuração vertical se analisou a influência da vazão de injeção, da completação dos injetores, da distância lateral e da quantidade de poços injetores sobre o fator de recuperação. Diante dos modelos proposto, analisou-se a produção acumulada de óleo, o Volume Poroso Injetado, a formação das câmaras de vapor e o Valor Presente Líquido. Tecnicamente, os modelos em que se injetou vapor com poços verticais obtiveram maior fator de recuperação de óleo, já os modelos horizontais se sobressaíram economicamente. The reserves exploration of heavy and extra heavy hydrocarbon is of prime interest to many oil companies, since the magnitude of these resources the magnitude of these resources still stands out on the global and Brazilian energy matrix. The production of heavy oil, from the underground deposits is complex, even on the best of circumstances, mainly due to the high viscosity of the oil. To further develop the process of production, making it efficient, so that the fluids that would not be produced get to reach the surface, complementary recovery methods and advanced were developed to obtain a higher recovery factor and, hence, greater profitability in operation exploitation of these deposits. To combat the high viscosity and high interfacial tensions, thermal methods were developed. In this work, the steam injection continues was simulated in vertical and horizontal injection wells, to develop a reservoir with characteristics of the Brazilian Northeast of heavy oil, by conducting fluid produced with horizontal well. Technical and economic analyzes were made of the models that differ in their structural constraints and system arrangements. In horizontal configuration was observed the influence of the injection flow, of the vertical distance and of the lateral distance over the recovery factor. In vertical configuration was analyzed the influence of the injection flow, of the injection wells completion, of the lateral distance and the amount of injection wells over the recovery factor. Faced the proposed models, was analyzed the cumulative oil production, the Pore Volume Injected, the formation of steam chambers and the Net Present Value. Technically, the models in which steam is injected with vertical wells had higher recovery factor of oil, since the horizontal models stood out economically.

O café é um importante produto na agricultura brasileira, ocupa importante posição entre os produtos de exportação, conhecer a transpiração dessa espécie é um fator decisivo na obtenção da alta produtividade. O consumo de água em uma planta de café conilon cultivado em lisímetro foi avaliado. O experimento objetivou estudar a transpiração diária do café e foi realizado no Departamento de Energia Nuclear da UFPE, em Recife – PE, em 2011, por meio de três métodos: a) lisimetria, por análise de variação de massa; b) balanço hídrico, com medidas de umidade do solo realizadas por sensores tipo TDR; e c) fluxo de seiva via método térmico do balanço de calor no caule. Para esse estudo foi realizada a montagem de um lisímetro de pesagem eletrônica, e foram realizadas as calibrações de todos os sensores envolvidos, sendo obtidos importantes resultados dessas. A demanda atmosférica foi determinada com dados obtidos em duas estações meteorológicas, uma situada próximo ao lisímetro, e a outra, distante cerca de um quilômetro, situada no pátio externo do CRCN. Também foi determinado o índice de área foliar (IAF) do cafeeiro. A área foliar variou de 1,39 a 1,87 m2 durante o experimento. O consumo de água medido através do lisímetro variou de 2,61 L a 5,16 L por dia, com média de 3,86 L por dia. Ao comparar-se o consumo de água na planta pelo balanço hídrico verificou-se uma subestimação em alguns dias e superestimação em outros dias de 10% com os resultados obtidos no lisímetro. A transpiração medida pelo fluxo de seiva via método térmico subestimou em 10% as medidas realizadas no lisímetro. Os resultados do estudo indicaram grande precisão na estimativa da transpiração do café conilon.

The application of thermal methods, to increase the recovery of heavy oil in mature fields through drainage with multilateral and horizontal wells, has been thoroughly studied, theorically, experimentally, testing new tools and methods. The continuous injection of steam, through a steam injector well and a horizontal producer well in order to improve horizontal sweep of the fluid reservoir, it is an efficient method. Starting from an heterogeneous model, geologically characterized, modeling geostatistics, set history and identification of the best path of permeability, with seismic 3D, has been dubbed a studying model. It was studied horizontal wells in various directions in relation to the steam and the channel of higher permeability, in eight different depths. Into in the same area were studied, the sensitivity of the trajectories of horizontal wells, according to the depth of navigation. With the purpose of obtaining the highest output of oil to a particular flow, quality, temperature and time for the injection of steam. The wells studied showed a significant improvement in the cumulative oil recovery in one of the paths by promoting an alternative to application in mature fields or under development fields with heavy oil A aplicação de métodos térmicos, para aumentar a recuperação de óleo pesado em campos maduros através da drenagem com poços horizontais e multilaterais, tem sido exaustivamente estudada, teórica e experimentalmente, testando novas ferramentas e novos métodos. A injeção contínua de vapor, através de um poço injetor e de um poço horizontal produtor com o objetivo de proporcionar uma varredura dos fluidos do reservatório, mostra-se um método eficiente. Partindo de um modelo heterogêneo, geologicamente caracterizado por, modelagem geoestatística, ajuste de histórico e identificação do melhor caminho de permeabilidade, com a sísmica 3D, foi montado um modelo para estudo. Foram estudados poços horizontais em várias direções em relação ao injetor de vapor e ao canal de maior permeabilidade, em oito profundidades diferentes. Dentro de uma mesma zona foram estudadas, a sensibilidade das trajetórias de poços horizontais, em função da profundidade de navegação. Com a finalidade de obter a maior produção acumulada de óleo a uma determinada vazão, qualidade, temperatura e período de injeção do vapor. Os poços estudados evidenciam uma melhora significativa na recuperação acumulada de óleo em uma das trajetórias, promovendo uma alternativa de aplicação em campos maduros ou em desenvolvimento com óleo pesado

Steam assisted gravity drainage process (SAGD) involves two parallel horizontal wells located in a same vertical plane, where the top well is used as steam injector and the bottom well as producer. The dominant force in this process is gravitational. This improved oil recovery method has been demonstrated to be economically viable in commercial projects of oil recovery for heavy and extra heavy oil, but it is not yet implemented in Brazil. The study of this technology in reservoirs with characteristics of regional basins is necessary in order to analyze if this process can be used, minimizing the steam rate demand and improving the process profitability. In this study, a homogeneous reservoir was modeled with characteristics of Brazilian Northeast reservoirs. Simulations were accomplished with STARS , a commercial software from Computer Modelling Group, which is used to simulate improved oil recovery process in oil reservoirs. In this work, a steam optimization was accomplished in reservoirs with different physical characteristics and in different cases, through a technical-economic analysis. It was also studied a semi-continuous steam injection or with injection stops. Results showed that it is possible to use a simplified equation of the net present value, which incorporates earnings and expenses on oil production and expenses in steam requirement, in order to optimize steam rate and obtaining a higher net present value in the process. It was observed that SAGD process can be or not profitable depending on reservoirs characteristics. It was also obtained that steam demand can still be reduced injecting in a non continuous form, alternating steam injection with stops at several time intervals. The optimization of these intervals allowed to minimize heat losses and to improve oil recovery O processo de drenagem gravitacional com injeção contínua de vapor (SAGD) envolve dois poços horizontais paralelos localizados em uma mesma vertical, onde o poço superior é usado como injetor de vapor e o inferior como produtor. A força dominante neste processo é a gravitacional. Este método de recuperação avançada tem sido demonstrado ser economicamente viável em projetos comerciais de recuperação de petróleo pesado e extra pesado, mas ainda não foi implementado no Brasil. O estudo desta tecnologia em reservatórios com características das bacias regionais é necessário para analisar como se adéqua o processo para minimizar a demanda de vapor obtendo a maior rentabilidade do processo. Neste estudo foi usado um modelo homogêneo com características de reservatórios do Nordeste Brasileiro. As simulações foram realizadas em um programa comercial da Computer Modelling Group , o STARS , módulo usado para realizar estudos de métodos de recuperação avançada de reservatórios de óleo. Neste trabalho, foi realizada uma otimização do vapor em reservatórios com diferentes características físicas e em diferentes cenários, através de uma análise técnico-econômica. Também foi estudada a injeção de vapor semi-contínua ou com paradas. Os resultados obtidos mostraram que é possível utilizar uma equação simplificada do valor presente líquido, que incorpora os ganhos e gastos na produção de óleo e os gastos na injeção de vapor, para otimizar a demanda do vapor obtendo um maior valor presente líquido no processo. Observou-se que o método (SAGD) pode ser ou não rentável dependendo das características do reservatório. Encontrou-se também que a necessidade de vapor pode ainda ser diminuída utilizando esquemas de injeção de vapor com paradas em intervalos de tempo otimizados, e isto permitiu minimizar as perdas de calor e melhorar a recuperação.

In this work various thermal methods now available for estimating xylem sap flow are reviewed. A cheap measuring devie involving two thermal sensors (copper-constantan thermocouples), one of which is conected to a constantan heat source, was performed. Sensors are inserted into the xylem to measure temperatura changes into the sap. Subsequent estimation of the volumetric sap flow rate by this method requires no calibration since empirical coefficients are available form the literature. The improved device was tested for estimating the hourly and daily transpiration rate of a birch tree in a field situation. Results show that the thermal sensor provides satisfactory transpiration estimates for individual trees under high and medium flow rate conditions., En este trabajo se revisan los principales métodos actualmente disponibles para la estimación del flujo de savia. Se describe la puesta a punto de un dispositivo de medida de bajo coste, que consiste en dos sensores térmicos (termpoares de cobre-constantan), uno de los cuales se conecta a una fuente de calor de potencia constante. Los sensores se insertan en el xilema para medir los cambios de temperatura de la savia. Para la ulterior estimación mediante este método de la intensidad del flujo de savia, expresada volumétricamente, no es necesario un calibrado, ya que en la bibliografía se dispone de coeficientes empíricos de precisión contrastada. El dispositivo puesto a punto se ensayó en condiciones de campo para estimar la intensidad de la transpiración de un abedul tanto a escala horaria como diaria. Los resultados obtenidos indican que, para intensidades de flujo altas y medias, el sensor térmico estima satisfactoriamente la transpiración de árboles individuales.