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

Resumo Técnico: Mecanismo de Deposição de Cera do Reservatório de Gás Condensado Ultraprofundo Bozi na Bacia de Tarim

Definição do Problema
O campo de gás Bozi, na Bacia de Tarim, representa um reservatório típico de condensado de gás ultraprofundo (profundidade de soterramento >7.000 m), ultra-alta pressão (125 MPa) e alta temperatura (127,53 °C). Um desafio crítico no desenvolvimento deste campo é a deposição de cera, que ocorre prontamente em poços de gás durante o outono e o inverno devido às baixas temperaturas e ao alto teor de cera. Este fenômeno leva a reduções de produção, fechamento de poços e obstruções tanto nos poços quanto nas instalações de superfície. Embora pesquisas existentes tenham abordado a deposição de cera sob condições de média a baixa pressão, há uma lacuna significativa na compreensão dos mecanismos sob as condições extremas de alta pressão e alta temperatura específicas para reservatórios ultraprofundos. Especificamente, a influência dinâmica das mudanças drásticas de fase do fluido, o papel das partículas de areia como núcleos de cristalização e os limiares quantitativos de produção diária crítica para a prevenção de cera nesses ambientes permanecem obscuros.

Metodologia
Este estudo foca em poços de condensado de gás com alto teor de cera no campo de Bozi, utilizando uma combinação de experimentos laboratoriais e modelagem dinâmica:

• Amostragem e Caracterização: Amostras de fluido de alta pressão foram coletadas de quatro poços (104, 102, 104-1, 102-2). As amostras foram analisadas por Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC) e análise cromatográfica para determinar o teor de cera, o ponto de deposição de cera e a densidade.
• Observação Visual: Um microscópio polarizador de mudança de fase visual de alta temperatura e alta pressão foi utilizado para observar a precipitação gás-sólido e as mudanças de fase do fluido (gás-líquido-sólido) sob condições de formação.
• Teste de Deposição de Cera Dinâmica: Os autores desenvolveram um dispositivo personalizado de "teste de deposição de cera dinâmica de tubo fino" capaz de simular condições ultraprofundas (até 100 MPa). Este aparato permitiu a medição das taxas de deposição de cera sob diversas condições:
  • Taxas de Fluxo: 0,1, 0,2 e 0,3 ml/min.
  • Razões Gás-Óleo (GOR): 20, 50 e 100 m³/m³.
  • Conteúdo de Partículas: Fração de massa de 1%, 2% e 3% de partículas sólidas.
• Modelagem: Um modelo dinâmico de deposição em fluxo multifásico no poço foi empregado para prever os mecanismos de deposição de cera sob diferentes taxas de produção diária. O modelo calcula a espessura e a velocidade de deposição da cera com base em diferenças de pressão, incorporando coeficientes de atrito dinâmico que consideram a "rugosidade dinâmica" da camada de cera.

Principais Resultados

• Características da Cera: O condensado de gás de Bozi apresenta um ponto máximo de deposição de cera de 33,71 °C. A -20 °C, verificou-se que o acúmulo de cera era inferior ao conteúdo total de cera, indicando que a cera não pode ser completamente depositada durante o resfriamento por DSC. O poço 102-2 exibiu o maior teor de cera (8,08%) e densidade (0,8096 g/cm³), tornando-o mais propenso ao entupimento.
• Impacto da Taxa de Fluxo: Existe uma relação inversa entre a taxa de fluxo e a taxa de deposição de cera. Taxas de fluxo mais altas aumentam a tensão de cisalhamento na parede do tubo, removendo fisicamente as camadas de cera depositadas e inibindo a nucleação ordenada e o crescimento das moléculas de cera, reduzindo assim a taxa de deposição líquida.
• Impacto da Razão Gás-Óleo (GOR): O aumento do GOR diminui significativamente a taxa de deposição de cera. Um GOR elevado dilui a concentração de massa de cera na fase líquida e altera as propriedades reológicas do fluido (reduzindo a viscosidade efetiva), tornando mais difícil a concentração e precipitação das moléculas de cera próximas à parede do tubo. Inversamente, condições de baixo GOR (por exemplo, durante o fechamento do poço) aumentam o risco de entupimento severo.
• Impacto de Partículas: Partículas sólidas (areia/argila) atuam como núcleos de cristalização, promovendo o crescimento da cera. O estudo encontrou uma proporcionalidade direta entre o conteúdo de partículas e a taxa de deposição de cera; um maior conteúdo de partículas leva a uma deposição mais rápida.
• Limiar Crítico de Produção: O modelo de previsão dinâmica determinou que, para o Poço Bozi 1-1, não ocorre deposição de cera no poço quando a produção diária excede 3,4 × 10⁵ m³. Abaixo deste limiar (por exemplo, a 2,7 × 10⁵ m³), a temperatura do poço intercepta a temperatura de deposição de cera, levando ao bloqueio em profundidades em torno de 100 m.

Aplicação de Engenharia e Mitigação
O estudo aplicou estas descobertas ao Poço Bozi 1-1, que anteriormente sofreu com severo entupimento por cera (queda da pressão do óleo para 2 MPa). Uma estratégia de remediação foi implementada envolvendo:

1. Circulação de petróleo de alta temperatura (80 °C) do anular para derreter a cera existente.
2. Injeção de um removedor de parafina (concentração de 2‰) seguido pela adição de agentes anti-cera e redutores de ponto de fluidez (0,1%).
3. Manutenção da produção acima do limiar crítico.

Os resultados pós-tratamento mostraram uma recuperação da pressão do óleo de 2 MPa para 89 MPa e a estabilização da produção diária, aumentando de 2,7 × 10⁵ m³ para 4,0 × 10⁵ m³.

Significância e Alegações
O artigo afirma fornecer suporte de dados teóricos para a compreensão dos mecanismos de deposição de cera em reservatórios de condensado de gás ultraprofundos, de alta pressão e alta temperatura. Ao quantificar sistematicamente os efeitos de acoplamento da velocidade de fluxo, GOR e conteúdo de partículas, o estudo estabelece um limiar crítico de produção diária (3,4 × 10⁵ m³) para prevenir a deposição de cera no campo de Bozi. A pesquisa valida que manter a produção acima deste nível crítico, combinado com controle eficaz de areia e remediação química/térmica, é essencial para a produção estável. Os autores afirmam que estes resultados oferecem suporte teórico fundamental para otimizar a produção e controlar a cera em reservatórios ultraprofundos semelhantes, observando que trabalhos futuros se concentrarão em expandir estes modelos para a otimização de redes de múltiplos poços e plataformas de alerta precoce inteligentes.