Wax deposition mechanism of Bozi ultra-deep gas condensate reservoir in Tarim basin

Resumen Técnico: Mecanismo de Deposición de Cera del Reservorio de Gas Condensado Ultraprofundo Bozi en la Cuenca de Tarim

Planteamiento del Problema
El campo de gas Bozi en la Cuenca de Tarim representa un reservorio típico de gas condensado ultraprofundo (profundidad de enterramiento >7,000 m), ultraalta presión (125 MPa) y alta temperatura (127.53 °C). Un desafío crítico en el desarrollo de este campo es la deposición de cera, la cual ocurre fácilmente en los pozos de gas durante el otoño e invierno debido a las bajas temperaturas y al alto contenido de cera. Este fenómeno provoca reducciones en la producción, cierres de pozos y bloqueos tanto en los pozos como en las instalaciones de superficie. Si bien la investigación existente ha abordado la deposición de cera bajo condiciones de presión media a baja, existe una brecha significativa en la comprensión de los mecanismos bajo las condiciones extremas de alta presión y alta temperatura específicas para reservorios ultraprofundos. Específicamente, la influencia dinámica de los cambios drásticos de fase de los fluidos, el papel de las partículas de arena como núcleos de cristalización y los umbrales críticos cuantitativos de producción diaria para la prevención de la cera en tales entornos aún no están claros.

Metodología
Este estudio se centra en pozos de gas condensado con alto contenido de cera del campo Bozi, utilizando una combinación de experimentos de laboratorio y modelado dinámico:

• Muestreo y Caracterización: Se recolectaron muestras de fluidos de alta presión de cuatro pozos (104, 102, 104-1, 102-2). Las muestras fueron analizadas mediante Calorimetría de Barrido Diferencial (DSC) y análisis cromatográfico para determinar el contenido de cera, el punto de deposición de la cera y la densidad.
• Observación Visual: Se utilizó un microscopio de luz polarizada de cambio de fase de alta temperatura y alta presión para observar la precipitación gas-sólido y los cambios de fase del fluido (gas-líquido-sólido) bajo las condiciones del reservorio.
• Pruebas de Deposición de Cera Dinámica: Los autores desarrollaron un dispositivo personalizado de "prueba de deposición de cera dinámica de tubo delgado" capaz de simular condiciones ultraprofundas (hasta 100 MPa). Este aparato permitió medir las tasas de deposición de cera bajo diversas condiciones:
  • Tasas de Flujo: 0.1, 0.2 y 0.3 ml/min.
  • Relación Gas-Aceite (GOR): 20, 50 y 100 m³/m³.
  • Contenido de Partículas: Fracción de masa del 1%, 2% y 3% de partículas sólidas.
• Modelado: Se empleó un modelo dinámico de deposición en el pozo de flujo multifásico para predecir los mecanismos de deposición de cera bajo diferentes tasas de producción diaria. El modelo calcula el espesor y la velocidad de deposición de la cera basándose en las diferencias de presión, incorporando coeficientes de fricción dinámica que consideran la "rugosidad dinámica" de la capa de cera.

Resultos Clave

• Características de la Cera: El gas condensado de Bozi exhibe un punto máximo de deposición de cera de 33.71 °C. A -20 °C, se encontró que la acumulación de cera era inferior al contenido total de cera, lo que indica que la cera no puede depositarse completamente durante el enfriamiento por DSC. El pozo 102-2 presentó el mayor contenido de cera (8.08%) y densidad (0.8096 g/cm³), siendo el más propenso al taponamiento.
• Impacto de la Tasa de Flujo: Existe una relación inversa entre la tasa de flujo y la tasa de deposición de cera. Tasas de flujo más altas aumentan el esfuerzo cortante sobre la pared de la tubería, eliminando físicamente las capas de cera depositadas e inhibiendo la nucleación y el crecimiento ordenados de las moléculas de cera, lo que reduce la tasa de deposición neta.
• Impacto de la Relación Gas-Aceite (GOR): El aumento del GOR disminuye significamente la tasa de deposición de cera. Un GOR alto diluye la concentración de masa de cera en la fase líquida y altera las propiedades reológicas del fluido (reduciendo la viscosidad efectiva), lo que dificulta que las moléculas de cera se concentren y precipiten cerca de la pared de la tubería. Por el contrario, las condiciones de bajo GOR (por ejemplo, durante el cierre del pozo) aumentan el riesgo de un taponamiento severo.
• Impacto de las Partículas: Las partículas sólidas (arena/arcilla) actúan como núcleos de cristalización, promoviendo el crecimiento de la cera. El estudio encontró una proporcionalidad directa entre el contenido de partículas y la tasa de deposición de cera; un mayor contenido de partículas conduce a una deposición más rápida.
• Umbral Crítico de Producción: El modelo de predicción dinámica determinó que, para el Pozo Bozi 1-1, no hay deposición de cera en el pozo cuando la producción diaria supera los 3.4 × 10⁵ m³. Por debajo de este umbral (por ejemplo, a 2.7 × 10⁵ m³), la temperatura del pozo interseca con la temperatura de deposición de la cera, lo que provoca un bloqueo a profundidades de alrededor de 100 m.

Aplicación de Ingeniería y Mitigación
El estudio aplicó estos hallazgos al Pozo Bozi 1-1, que previamente había sufrido un severo taponamiento por cera (la presión del petróleo cayó a 2 MPa). Se implementó una estrategia de remediación que involucró:

1. Circulación de petróleo de alta temperatura (80 °C) desde el ánulo para derretir la cera existente.
2. Inyección de un eliminador de parafina (concentración de 2‰) seguido de la adición de agentes anti-cera y reductores del punto de fluidez (0.1%).
3. Mantenimiento de la producción por encima del umbral crítico.

Los resultados post-tratamiento mostraron una recuperación de la presión del petróleo de 2 MPa a 89 MPa y una estabilización de la producción diaria, aumentando de 2.7 × 10⁵ m³ a 4.0 × 10⁵ m³.

Significancia y Reivindicaciones
El artículo afirma proporcionar soporte de datos teóricos para comprender los mecanismos de deposición de cera en reservorios de gas condensado ultraprofundos, de alta presión y alta temperatura. Al cuantificar sistemáticamente los efectos de acoplamiento de la velocidad de flujo, el GOR y el contenido de partículas, el estudio establece un umbral crítico de producción diaria (3.4 × 10⁵ m³) para prevenir la deposición de cera en el campo Bozi. La investigación valida que mantener la producción por encima de este nivel crítico, combinado con un control de arena efectivo y remediación química/térmica, es esencial para una producción estable. Los autores afirman que estos resultados ofrecen un apoyo teórico clave para optimizar la producción y controlar la cera en reservorios ultraprofundos similares, señalando que el trabajo futuro se centrará en expandir estos modelos hacia la optimización de redes de múltiples pozos y plataformas de alerta temprana inteligentes.