Uso de surfactances en procesos de recuperación terciaria
El uso de surfactantes en proyectos de recuperación terciaria
por Chuck Norman y Juan C. Trombetta
Que es un surfactante
Surfactantes, también conocidos como agentes tensioactivos, son agentes de humectación que bajan la tensión superficial de un líquido, permiten una mas fácil dispersión y bajan la tensión interfacial entre dos líquidos.
Los surfactantes son usualmente compuestos orgánicos amfifílicos, o que contienen grupos no polares hidrófobos o lipofílicos, solubles en hidrocarburo (colas) y grupos polares hidrofílicos (cabezas) solubles en agua. Por ello son solubles en solventes orgánicos y en agua.
Operación y efectos
Los surfactantes reducen la tensión superficial del agua adsorbiéndose a la interfase líquido-gas.
Ellos también reducen la tensión interfacial2 entre el crudo y el agua por adsorción en la fase líquido-líquido.
Todas las aplicaciones y usos de los surfactantes provienen de dos propiedades fundamentales de estas sustancias:
- La capacidad de adsorberse a las interfases
La adsorción: es un fenómeno espontáneo impulsado por la disminución de energía libre del surfactante al ubicarse en la interfase y satisfacer total o parcialmente su doble afinidad polar - no polar
- Su tendencia a asociarse para formar estructuras organizadas
Asociación: fenómeno impulsado por efectos hidrófobos cuando se añade más surfactante a una solución acuosa.
La elección del surfactante es esencial
Desde que cada proyecto de recuperación terciaria es independiente, único y las condiciones varían, es extremadamente importante diseñar y formular el agente tensioactivo adecuado con el objeto de optimizar el tratamiento. En los últimos tiempos han aparecido en el marcado nuevos agentes tensioactivos que permiten la implementación de técnicas SP y aun solo agente tensioactivo, con éxito con el consiguiente ahorro de inversión en equipos y productos.
Importancia de un agente tensioactivo
Una baja tensión interfacial es esencial para la recuperación de petróleo. La tensión interfacial incide en lo que se llama el Numero Capilar. El numero capilar (Nc), es representado como una relación que se ha definido para describir la interdependencia entre las fuerzas viscosas y la tensión interfacial y la restricción al pasaje a través de un capilar.
Donde (AP) es la presión diferencial a través de una longitud dada (L) y σ es la tensión interfacial entre el petróleo y la fase acuosa.
Otra forma de describir las fuerzas viscosas es a través de la velocidad que tendrá un fluido a través de una garganta poral y la viscosidad del fluido. Lo que se llama vance frontal. En la Figura 1 se utiliza la que utiliza la velocidad a través del poro (velocidad Darcy) y la viscosidad del fluido a empujar para describir las fuerzas viscosas.
Una baja tensión interfacial es esencial para la recuperación de petróleo.
Para poder recuperar cantidades significativas de crudo, el número capilar debe crecer 3 o 4 órdenes de magnitud. Si nos referimos a la ecuación de la Figura 1, el número capilar Nc es directamente proporcional al producto de la viscosidad µ y la velocidad ν e inversamente proporcional a la tensión interfacial σ. Los valores de viscosidad y velocidad no pueden incrementarse por encima de un factor entre 2 y 10 sin causar daño a la formación; sin embargo la tensión interfacial entre el agua de formación y el crudo atrapado en la formación puede reducirse fácilmente en términos de 1000 a 10.000 veces por el agregado de tensioactivos especiales.
Un número capilar típico es 10-7. Se necesita una reducción de 100 a 1000 veces de la tensión interfacial para mejorar la recuperación de petróleo por alteración del Nc a partir de la adición de agentes químicos al agua de inyección. Con esto vemos que podríamos aumentar la velocidad de inyección o aumentar la viscosidad (por ejemplo agregando grandes cantidades de forma limitada para no dañar la formación. De aquí que también se limite el uso de polímeros en estos trabajos de SP.
De hecho queda en evidencia la importancia del uso de un tensioactivo, pues al bajar la tensión interfacial podemos aumentar el número capilar e incrementar la producción de crudo aun a expensas de menores cantidades de polímero.
Super Surfactantes
Muy efectiva
- Se requieren muy bajas concentracionesde surfactante (0.02% - 0.2%)
- Provee ultra bajas tensiones interfaciales(IFT)
- No se necesita tratamiento de aguaintensivo
Tolerante a:
- Altos valores de sólidos disueltos
- Alto contenido de cationes divalentes
- Altas temperaturas
Ventajas
- Dósis bajas de tensioactivo
- No se requiere álcali
- Menores consumos de polímero
- Menor costo de tratamiento de agua
- Disminución o eliminación de formaciónde incrustaciones
- Disminución de costos de mantenimiento de equipos
Surfactantes inteligentes
(en desarrollo . patente pendiente)
- Sistema de un solo componente
- Proveerían baja tensión interfacial y adecuada viscosidad
- Tolerante a sales y cationes divalentes
- No se requeriría tratamiento de agua
- No se requeriría polímero
- No se necesitaría unidad de disolución, ó hidratación
- Inversión mínima
- Mínimo factor de riesgo
Conclusión:
- Los proyectos donde intervienen los surfactantes son generalmente más exitosos que aquellos que no los incluyen, en cuanto a recuperación de crudo. (% de recuperación de crudo entre 10 y 15%)
- La elección del surfactante es importante para el éxito del proyecto.
- La disminución de la tensión interfacial estará dada por la química del surfactante y su dosis en un medio hidrocarburo-agua determinado.
- Al bajar la tensión interfacial podemos aumentar el número capilar e incrementar la producción de crudo aun a expensas de menores cantidades de polímero.
- El tratamiento de pozos inyectores con geles obturantes y/o dispersos favorecerá el resultado de recuperación.
- La buena calidad de agua a utilizar en la preparación de soluciones, aumenta la eficiencia de los químicos a utilizar.
- La aparición de super surfactantes en el mercado ha demostrado que se puede eliminar el uso de álcali, la disminución en el consumo de polímero y el costo de instalaciones.
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