Encontramos petroleo y surfactantes en los metodos de extracción de crudo actuales. Expliquemos brevemente ciertos términos.
En las industrias de extracción se debe comprender la interacción de petroleo y surfactantes. Más especificamente, en todas las operaciones en que existen dos o más fases presentes, se encontrará la presencia de un surfactante con el propósito particular de estabilizar o desestabilizar una dispersión, una emulsión ó una espuma, o para modificar la tensión interfacial o la mojabilidad.
Un surfactante es una sustancia cuya molécula posee una parte polar y una parte apolar. Por tal razón se encuentra en general ubicado en una interfase aceite-agua, y son de uso común en prácticamente todas las ramas de la industria petrolera.
El petróleo contiene sustancias surfactantes, llamadas «surfactantes naturales» en los cortes pesados (resinas, maltenos, asfaltenos); estos estabilizan las emulsiones de agua en aceite (w/o) y su efecto se contrarresta con otros surfactantes en la llamada deshidratación.
El productor y el refinador
Cuando interactuan petroleo y surfactantes, el productor de surfactantes se usa como dispersantes de lodo, tensoactivos y emulsionantes en estimulación, y desemulsionantes en deshidratación. Recientemente, PDVSA ha ido produciendo emulsiones de crudos extra-pesados bajo la marca «Orimulsión™» como combustible para plantas termoeléctricas.
Para el refinador, los surfactantes se usan como detergentes y dispersantes en gasolinas y en aceites lubricantes, gelificantes en grasas, antiespumantes en columnas e inhibidores de corrosión en la mayoría de las operaciones de transporte y almacenamiento.
Se encontrará en la colección de los cuadernos FIRP (2), textos introductorios sobre los surfactantes, y sus propiedades en solución, así como sobre los fenómenos interfaciales fundamentales. También existen cuadernos FIRP sobre la deshidratación, la recuperación del petróleo y las emulsiones
1. PERFORACION Y TERMINACION DE POZOS
1.1. Petroleo y surfactantes: Lodos de Perforación
Un esecenario de la industría donde se trabaja con petroleo y surfactantes, son los lodos de perforación, los cuales son fluidos complejos que suelen poseer varias propiedades, de acuerdo al papel que deben jugar (3,4). El lodo de perforación debe remover el calor producido por el trabajo de la barrena; por su papel de agente enfriador contiene agua. También debe lubricar las partes móviles, y por eso contiene aceite.
Además deben ser densos; y por eso contiene sólidos suspendidos como la bentonita, u otras arcillas. Finalmente debe ser viscoso para no «perderse» en las formaciones y para arrastrar el residuo de molienda de la barrena. Adicionalmente debe contener inhibidores de corrosión (fig. 1).
La composición típica de los lodos de perforación incluye agua, aceite y sólidos suspendidos, y a veces burbujas de gas. El agua y el aceite se encuentran en forma de emulsión O/W (la más corriente) ó W/O. Los surfactantes de los lodos de perforación actúan como emulsionantes, dispersantes, espumantes o antiespumantes, e inhibidores de corrosión. Los lignosulfonatos son los agentes dispersantes más utilizados. Al dispersar las partículas de arcilla y otros sólidos, evitan la formación de grumos y ayudan a mantener la homogeneidad del fluido, reduciendo así las pérdidas por filtración lateral. Los agentes emulsionantes más usados en lodos O/W son los alquil aril sulfonatos, particularmente los sulfonatos de petróleo, y los alquil fenoles etoxilados.
1.2. Petroleo y surfactantes: Planificando la Recuperación
En los lodos de base aceite (W/O) se usan sales de iones divalentes (calcio o magnesio) de ácidos de resinas o de sulfonatos de petróleo. Se usan adicionalmente sulfonatos de asfalto o sulfonatos de triglicéridos como agentes lubricantes surfactantes.
En ciertos casos se quiere producir un lodo espumoso, en otros no. En los lodos de base gas se usan agentes espumantes como alcohol éster sulfatos, alcohol etoxisulfatos o alquil fenoles etoxilados. Para reducir la formación de espumas en lodos de base agua o aceite se usan agentes antiespumantes como los alquil aril sulfonatos o el estearato de aluminio.
En todos casos se usan inhibidores de corrosión, los cuales son surfactantes con cierto carácter catiónico. Según los problemas de compatibilidad con las demás sustancias surfactantes presentes en el lodo, se usan aminas grasas o derivados de la imidazolina para tales fines.
Otro método de retardación consiste en inyectar nitrógeno con la solución ácida, la cual contiene agentes espumantes como alquil éster sulfatos, surfactantes etoxilados y a veces surfactantes fluorocarbonados. La espuma formada juega dos papeles. De una parte reduce el contacto entre el ácido y la roca y por lo tanto reduce la velocidad de ataque.
1.3. Posibles retrasos
Por otra parte tienen tendencia en llenar las fracturas y taponarlas (efecto Jaming), lo que obliga al ácido a penetrar en la zonas de baja permeabilidad (segunda fig.).
Sin embargo en escenarios donde se planifica la interacción de petroleo y surfactantes estos dos últimos métodos deben emplearse con cierto cuidado para evitar el taponamiento del pozo con emulsiones o espumas, lo que puede luego tener un efecto desfavorable sobre la producción. Después de la acidificación se pone el pozo en producción para eliminar el residuo de ácido y las partículas finas producidas por la desagregación de la roca. Es en esta etapa que se requieren agentes dispersantes.
Ciertos métodos de estimulación consisten en inyectar surfactantes para bien sea cambiar la mojabilidad de la roca de «mojable por el agua» a «mojable por el aceite», bien sea desplazar el crudo atrapado en la cercanía del pozo. Tales métodos se usan para estimular pozos que han dejado de producir por cierto tiempo o que han sufrido un daño.
2. RECUPERACIÓN MEJORADA
Los procesos convencionales de producción dejan en el yacimiento del orden de 60-80% del crudo originalmente en sitio. Este crudo residual se encuentra atrapado en los poros de la roca o arena del yacimiento por las fuerzas capilares. Se ha hallado que al inyectar surfactantes formulados adecuadamente se puede reducir la tensión interfacial hasta en cuatro ordenes de magnitud, lo que elimina prácticamente las fuerzas capilares (5,10). En ensayos pilotos donde se plantea la interacción de petroleo y surfactantes se ha logrado recuperaciones de 70% en el volumen barrido.
La ultima figura indica el esquema de un proceso de recuperación mejorada por inyección de surfactante (11). Combinado con la inyección de agentes tensoactivos se utilizan soluciones de polímeros hidrosolubles (poliacrilamidas, polisacáridos) de viscosidad suficientemente alta para empujar el tapón de surfactante y el petróleo movilizado.
Con crudos ácidos, se puede producir el agente tensoactivo in situ al inyectar una solución acuosa alcalina. La reacción de neutralización ácido-base se produce a la interfase agua-crudo, resultando la formación de en un jabón con propiedades surfactantes. Tal método, referido como drenaje alcalino, puede producir emulsiones estables de alta viscosidad que resultan en pérdidas de carga intolerables.
2.1 Analisis de los metodos actuales
Todos estos métodos son muy complejos y requieren todavía muchos estudios; en la situación actual no es urgente desarrollarlos, pero es probable que dentro de algún tiempo vuelvan a ser importantes. Este tipo de proceso puede limitarse a la zona cercana al pozo, como método de estimulación. Al desplazar el crudo en la periferia del pozo y al producir una roca mojable por agua, se aumenta la producción.
En ciertos casos puede ser provechoso emulsionar el crudo en el fondo del pozo, como por ejemplo para yacimientos de crudos pesados. La emulsión O/W producida posee una baja viscosidad, lo que elimina los problemas de bombeo. En Venezuela, la mayoría de los crudos tienen una alta viscosidad y se puede por lo tanto pensar que los métodos térmicos tales como la inyección de vapor tenderán a desarrollarse más. En los procesos de inyección continua se deben controlar los problemas de digitación viscosa y segregación gravitacional del vapor. Al inyectar agentes espumantes del tipo alquil éster sulfatos, alquil fenoles etoxilados y aún esteres fluorocarbonados, se puede producir una espuma que tapona los caminos preferenciales y obliga el vapor a penetrar en las zonas todavía no barridas.
Este es un fragmento de nuestro cuaderno S350A. Para tener acceso al cuadernos completo puedes hacer click en el siguiente enlace:
