Otros Métodos de Recuperación de Hidrocarburos
Subtemas Principales
- 8.1 Definiciones
- 8.2 Inyección de gas
- 8.3 Inyección de espumas
- 8.4 Inyección de soluciones alcalinas
- 8.5 Inyección de surfactantes
8.2 Inyección de Gas
La inyección de gases puede llevarse a cabo de manera inmiscible o miscible. Los fluidos empleados comúnmente son gases de combustión, gases inertes o gases hidrocarburos, dependiendo del requerimiento de miscibilidad. Gases como el nitrógeno son muy utilizados de manera inmiscible. Para que el $\text{CO}_2$ o $\text{N}_2$ sean miscibles, es necesario que la inyección se realice por encima de la presión de miscibilidad.
Mecanismos de Desplazamiento en la Inyección de Gas
Los mecanismos de desplazamiento en la inyección de gas son los siguientes:
- Reducción de Viscosidad: Si se utiliza gas hidrocarburo, es miscible y, por lo tanto, disminuye la viscosidad del aceite en zonas cercanas a los pozos inyectores, lo cual beneficia el desplazamiento.
- Aumento de la Energía del Yacimiento: Incrementa la energía en la inyección central al aumentar el volumen del casquete de gas. En un desplazamiento por gas, su efecto es transitorio y requiere mayor gasto de inyección en los desplazamientos.
- Eliminación de Depósitos Sólidos: Se eliminan sólidos en zonas adyacentes a los pozos inyectores, por ejemplo, asfaltenos.
- Vaporización: Si existen las condiciones necesarias para vaporizar el aceite al contacto con el gas inyectado, el aceite vaporizado se moviliza hacia zonas de menor energía (pozos productores).
8.3 Inyección de Espumas
Una espuma es una mezcla entre un gas y un líquido o sólido, donde la fase dispersa es el gas, separando las burbujas de gas por una pequeña película de líquido o sólido denominada lamela. La porción gaseosa de la espuma es regularmente $\text{CO}_2$, $\text{N}_2$, gas natural, aire o vapor. La porción líquida es agua con surfactantes, los cuales, debido a sus características espumantes, ayudan a la formación y estabilidad de la espuma. En el caso de un sólido, existen espumas de poliuretano empleadas en la industria de la construcción, pero no son parte de este tema.
Para este contexto, debemos entender por espuma: la formada por una mezcla de un gas y un líquido, en la que la parte funicular o continua es el líquido.
Requerimientos para la Formación de Espuma
- Energía Mecánica: Agitación o burbujeo de la fase gaseosa en el líquido para favorecer su formación.
- Agente Espumante: Se trata de surfactante que se ubica en la superficie de contacto dentro de la lamela para dar estabilidad a la espuma.
- Velocidad de Formación: La velocidad de formación debe ser tal que supere el colapso de las burbujas preexistentes para que su volumen aumente y cumpla los requerimientos.
Se puede generar espuma de dos formas:
- Inyección de agua con surfactantes del tipo espumante.
- Inyección de gas con surfactantes del tipo espumante.
Finalmente, la presencia de aceite inhibe la formación de espuma y esto no permite la movilidad efectiva del aceite residual.
8.4 Inyección de Soluciones Alcalinas
Un álcali, en el sentido estricto de la palabra, es una base en solución acuosa, y así la palabra se limita a bases solubles. Una sustancia que reacciona con iones hidrógeno en una reacción de neutralización es un álcali.
La inyección de soluciones álcalis es una importante categoría en los métodos químicos. Un alcalino adecuado (usualmente hidróxido de sodio, carbonato de sodio, silicato de sodio, fosfato sódico, hidróxido de potasio, amonio, etc.) se inyecta diluido en una solución acuosa que reacciona con los componentes de $\text{pH}$ bajo (ácidos) en el aceite para formar surfactante in situ.
Mecanismo Principal y Propiedades de los Álcalis
El principal mecanismo de la inyección de soluciones alcalinas es la formación de surfactantes, y sus principales propiedades son:
- Solubles en agua.
- $\text{pH}$ mayor a 7.
- Los álcalis disueltos conducen la electricidad (son electrolitos).
- Jabonosos al tacto.
Se puede alterar las concentraciones de iones de hidrógeno e hidróxido en las soluciones, dando como resultado soluciones ácidas o alcalinas, dependiendo de la cantidad añadida de químico. Para cuantificar el potencial hidrógeno o qué tan base o ácida es una sustancia, se emplea la escala de $\text{pH}$, y su fórmula es:
$$\text{pH} = \text{Log}_{10} (\text{H})$$
Donde $\text{H}$ = Concentración de iones de hidrógeno ($\text{mol/lt}$).
8.5 Inyección de Surfactantes
La inyección de surfactante busca disminuir la tensión interfacial entre el aceite y el agua, e incrementar el número capilar para así reducir la saturación de aceite residual. Se lleva a cabo usando la inyección de baches con alta y/o baja concentración de surfactante; posteriormente, se realiza un desplazamiento con polímeros para completar el proceso.
Características Esperadas en un Surfactante
Las principales características esperadas en un surfactante para ser aplicado en métodos de recuperación mejorada son:
- Compatibilidad con las condiciones del yacimiento (salinidad y temperatura).
- Tensión interfacial ultra baja entre el agua y el aceite.
Un surfactante se puede definir como un agente tensoactivo, o bien, una molécula anfifílica o anfipática. En palabras simples, son aquellas moléculas que tienen un extremo polar o iónico hidrofílico (soluble en agua) y un extremo no polar olifílico o hidrofóbico.
Clasificación de Surfactantes
Los surfactantes se clasifican en 4 grandes grupos:
- No iónicos (sin carga).
- Aniónicos (carga negativa).
- Catiónicos (carga positiva).
- Anfóteros (sustancia que puede ganar o ceder un protón, dependiendo del $\text{pH}$ en el medio).
Efectos de los Surfactantes
Los efectos de los surfactantes dependen de varios factores como su naturaleza química, la orientación de los extremos polares, colocación en la interfase, si forman o no micelas, etc. Estos efectos se pueden catalogar como:
- Detersivos: Adsorción en la interfaz para disminuir la tensión interfacial estabilizándola.
- Emulsificación: Permiten que el agua y el aceite emulsionen y así desplacen el aceite que queda al centro de la micela a través del medio.
- Esfumación: Al haber variación de la tensión interfacial entre los fluidos, se favorece la formación de espuma al no haber coalescencia entre las micelas formadas. El nivel de espuma depende del tipo de surfactante.
- Mojabilidad: Debido a la adsorción de surfactante, estos pueden alterar la mojabilidad de la roca.
Los surfactantes se agregan formando micelas, y la micelación es la reducción de la energía libre del sistema, que es el contacto entre la cadena de hidrocarburos y agua en el sistema (reducción de la tensión interfacial).
Uno de los problemas en la inyección de álcalis es el consumo del químico (álcali o cáustico) por la roca, denominado adsorción, esto debido a sus interacciones con ella.