EVALUACIÓN EXPERIMENTAL DE INHIBIDORES QUÍMICOS PARA ESCAMAS DE CARBONATO DE CALCIO
INFORME EVALUACIÓN EXPERIMENTAL DE INHIBIDORES QUÍMICOS PARA ESCAMAS DE CARBONATO DE CALCIO
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER ESCUELA DE INGENIERÍA DE PETRÓLEOS LABORATORIO DE ANÁLISIS PETROFÍSICOS Piedecuesta – Septiembre 25 del 2018
EVALUACIÓN EXPERIMENTAL DE INHIBIDORES QUÍMICOS PARA ESCAMAS DE CARBONATO DE CALCIO
EVALUACIÓN EXPERIMENTAL DE INHIBIDORES QUÍMICOS PARA ESCAMAS DE CARBONATO DE CALCIO INFORME
Dirigido a: Luis Felipe Carrillo Moreno Hernando Buendía Lombana
Elaborado por: Wilmar Ramírez Mendivelso Cristian Camilo Benavides Martin
Piedecuesta – Septiembre 25 del 2018
EVALUACIÓN EXPERIMENTAL DE INHIBIDORES QUÍMICOS PARA ESCAMAS DE CARBONATO DE CALCIO
1. OBJETIVOS DEL PROYECTO
1.1.
OBJETIVO GENERAL
Evaluar por medio de pruebas de laboratorio la eficiencia de inhibidores químicos para escamas de carbonato de calcio.
1.2.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Realizar una revisión bibliográfica de los mecanismos fisicoquímicos que rigen la nucleación y crecimiento de escamas de CaCO 3.
Identificar y analizar las variables principales que afectan la inhibición de las escamas de CaCO 3, para evaluar la eficiencia de los inhibidores.
Ejecutar pruebas de laboratorio para someter los productos a las siguientes etapas de evaluación: caracterización básica, eficiencia estática, interacción fluido-fluido, adsorción estática, eficiencia dinámica e interacción fluidoroca.
Seleccionar el inhibidor que cumpla con todas las pruebas hechas. Los que no cumplan con alguna de ellas no continúan la evaluación.
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2. ¿QUÉ SE VA A HACER? Tabla 1. Pruebas de laboratorio y secuencia de análisis FASE
PRUEBAS DE LABORATORIO 1. Control de calidad de los productos. 2. Compatibilidad/tolerancia a la salmuera sintética.
FASE 1 3. Compatibilidad al crudo. 4. Mojabilidad visual. 5. Eficiencia estática. 6. Eficiencia dinámica (MIC). 7. Pruebas de envenenamiento con Ca y Fe.
FASE 2
8. Pruebas de adsorción estática en arena. 9. Prueba de desplazamiento
Los productos que cumplan satisfactoriamente con las pruebas de la fase 1 pasan a ser evaluados en la fase 2. Los que no cumplan no continúan con la evaluación. En cada fase la prueba siguiente se realiza a los productos que pasan la prueba anterior.
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3. SET DE PRUEBAS FASE 1 3.1.
PRUEBAS DE CARACTERIZACIÓN BÁSICA
A los inhibidores recibidos se les realizara un control de calidad mediante la determinación de los siguientes parámetros:
3.1.1. DENSIDAD Se realizará la prueba de densidad a los inhibidores que se recibieron. Se utilizará un picnómetro de vidrio con un volumen calibrado de 10,215 ml.
3.1.2. pH Esta prueba se realizará a los inhibidores puros, en el laboratorio de Análisis petrofísicos de la UIS (sede Guatiguará). Se utilizará un medidor de pH marca WTW, referencia TEC 3210 SET 2, a condiciones de laboratorio.
3.1.3. ÍNDICE DE REFRACCIÓN Se realizará a los inhibidores puros, en el laboratorio de Análisis Petrofísicos de la UIS (sede Guatiguará). Se utilizará un refractómetro marca ATAGO, Modelo R-5000.
3.1.4. ESPECTRO INFRARROJO La toma del espectro infrarrojo nos permitirá identificar alteraciones o cambios en la composición dos o más lotes del producto. Estos espectros se asimilan a una huella digital, la cual es única para cada inhibidor. Probablemente esta prueba se realizara en el laboratorio de consultas industriales utilizando un espectrofotómetro infrarrojo BRUKER Modelo Tensor 27.
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3.2.
PRUEBAS DE COMPATIBILIDAD ENTRE INHIBIDORES DE ESCAMAS DE CARBONATO DE CALCIO Y SALMUERA SINTÉTICA
El objetivo de esta prueba es determinar la tolerancia del inhibidor a una salmuera equivalente al agua de formación. Para el desarrollo de esta prueba de desarrollará una salmuera sintética, de composición eléctrica equivalente al agua de formación que se desea analizar. Posteriormente se diluirá al 50% con agua destilada. Esta dilución simulara lo que ocurre cuando se inyecta el tratamiento en campo, sin embargo la concentración de calcio debe mantenerse constante.
En frascos de cierre hermético se dosificaran cada uno de los inhibidores, al 1%, 2.5%, 5%, 10% y 20%, en la salmuera sintética preparada; se agitara vigorosamente por un minuto y se calentaran en un horno a 90°C durante 24 horas. Al final se realizaran observaciones, detallando el aspecto de la solución y si hay o no material precipitado (escamas).
3.3.
PRUEBAS DE COMPATIBILIDAD ENTRE INHIBIDORES DE ESCAMAS Y CRUDO
Una vez ejecutadas las pruebas con salmuera, las soluciones que no presentaron incompatibilidades se mezclan con crudo en proporción 50:50. Se agitaran vigorosamente durante 60 segundos y se colocaran en un horno a una temperatura de 90°C. Se realizaran observaciones a los tiempos de 1, 2 y 24 horas de evaluación, se observará la formación de emulsiones (detergencia, calidad en la separación de fases) o fases indeseables que son señal de incompatibilidad.
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3.4.
MOJABILIDAD VISUAL
Esta prueba se aplicara a los productos que superaran las pruebas de compatibilidad. En este ensayo se mantendrá en contacto una solución al 15% de cada inhibidor (en 2% KCl) con arena de la formación de interés. Después de media hora de contacto se decantara la solución y se separara la arena.
En probetas diferentes se colocara salmuera y aceite que pasaran a través de un filtro de algodón y sílica gel (malla 60 mesh); se adicionara la arena dentro de cada una de las probetas, y se observara la dispersión relativa de las partículas o su tendencia a formar grumos en la fase acuosa y en la fase aceite. Se espera que los productos conserven la mojabilidad al agua.
3.5.
EFICIENCIA ESTÁTICA
Esta prueba se regirá bajo la norma NACE TM0374-90. Consiste en determinar un intervalo de concentración de inhibidor necesario, para evitar la formación de escamas de carbonato de calcio (CaCO 3) a una temperatura de 95°C y a presión atmosférica. Para esto se prepararan dos salmueras, una aniónica y otra catiónica que al mezclarse en proporción 1:1 reproducirá la salmuera de trabajo. Se dosificaran en frascos de cierre hermético 5, 10, 15, 20 y 50 ppm de cada inhibidor, en 50 ml de salmuera anionica; en frascos aparte, se medirán 50 ml de salmuera catiónica y se colocaran todas las soluciones en un horno a 95°C. Una hora después se verterá el contenido de los frascos con S-1 sobre S-2 y se mantendrán a 95°C durante 24 horas. Posteriormente se realizaran observaciones detalladas de la cantidad y apariencia del precipitado formado a los tiempos de 1, 2, 6 y 24 horas.
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3.6.
EFICIENCIA DINÁMICA
Esta prueba consiste en establecer la mínima concentración de inhibidor (MIC) necesaria para prevenir la formación de incrustaciones, en un sistema dinámico a condiciones de presión y temperatura de yacimiento o facilidades. Para asegurar que los resultados sean confiables se deberán ajustar las condiciones de la prueba (flujo, tamaño del coil, etc.), de manera que las pruebas blanco (sin inhibidor) sean reproducibles.
¿Cómo funciona?
Se prepararan dos salmueras que al ser mezcladas 1:1 representen la salmuera del yacimiento en estudio, una catiónica (S-1) y otra anionica (S2), las cuales mediante bombas dosificadoras se inyectan en forma individual al sistema presurizado (1000 psi) con un flujo de 5 ml/min cada una. El punto de mezcla es un capilar (coil), ubicado en un horno a la temperatura especificada. Al mezclarse las dos salmueras se producirá carbonato de calcio que ocasionara taponamiento en el capilar, lo cual se reflejara con un aumento en el diferencial de presión medido en el coil.
La dosificación del inhibidor se realizará sobre la salmuera anionica (S-2). El criterio empleado para evaluar su eficiencia está dado por las siguientes condiciones:
Si ∆p = 0 en 30 min de flujo continuo, l a dosis se considera apta.
Si ∆p ≥ 1 psi en 30 min de flujo continuo, la dosis se considera insuficiente o el producto descartable. Se elegirán los inhibidores que requieran concentraciones menores a 15 ppm para inhibir la formación de escamas de CaCO 3.
El protocolo que se llevara a cabo para determinar el MIC en el equipo CoilTubingSystem se detalla a continuación:
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Se establecerá la línea base mediante la inyección de agua destilada a través de las bombas del equipo.
Se inyectara salmuera catiónica a través de la bomba 1, salmuera anionica a través de la bomba 2, y se verificara después de 30 min de iniciada la prueba si el diferencial de presión cambia respecto a la línea base.
Se pasara ácido acético al 10% a través de las líneas para limpiar las escamas depositadas en el coil y tubería del equipo.
Se inyectara agua destilada para retirar la solución de ácido acético y establecer nuevamente la línea base.
Se inyectara el inhibidor de escamas dosificado en la salmuera catiónica, empezando con 20 ppm. Nota: Los inhibidores se prepararan al doble de la concentración, ya que al mezclarse con la salmuera catiónica y anionica la concentración queda reducida a la mitad.
Para inyectar inhibidor a menores concentraciones se repiten los pasos 3 y 4, seguido se inyecta el inhibidor dosificado en la salmuera catiónica con la concentración que se desea.
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4. SET DE PRUEBAS FASE 2 4.1.
PRUEBAS DE ENVENENAMIENTO CON Ca y Fe.
Para el desarrollo de esta prueba se preparara una salmuera sintética, se diluirá al 50% con agua destilada. Posteriormente se envenenara la salmuera con 5000 ppm de calcio, utilizando CaCl 2.2H2O. En frascos de cierre hermético se dosificaron cada uno de los inhibidores al 20% en la salmuera envenenada con calcio; se agitaran vigorosamente por 1 min y se calientan en un horno a 95°C durante 24 horas. Se realizaran observaciones detallando el aspecto de la solución y la cantidad de precipitados.
Para el envenenamiento con hierro se sigue el mismo procedimiento utilizado para el calcio y se usara como reactivo FeCl 2.4H2O.
4.2.
PRUEBAS DE ADSORCIÓN ESTÁTICA
Esta prueba se realiza para los inhibidores que se usarían en tratamientos tipo squeezeque hasta esta instancia de la evaluación hayan tenido resultados satisfactorios. Las pruebas se realizan con arenas de las formaciones de interés, con los productos que hasta este punto han superado todas las pruebas anteriores.
Este fue el procedimiento que se utilizara será el siguiente: Se tomaran frascos de 25 ml y se agregan entre 5 y 10 gramos de arena, caolín y bentonita individuales y en diferentes proporciones, se adicionan 10 ml de una solución de 1500 ppm de cada inhibidor y se llevan al horno a la temperatura establecida por espacio de 24 horas. Al final las soluciones se filtraran en caliente utilizando filtros de 0.45 micras de tamaño de poro. A los filtrados se les determinara la concentración del inhibidor, utilizando cualquiera de los siguientes métodos:
Método colorimétrico del molibdato ICP PLASMA
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La adsorción del inhibidor se define como la diferencia entre la concentración inicial de inhibidor y la medida final de la prueba por gramo de material absorbente. La adsorción se calcula con la siguiente ecuación.
− ( /)∗.] / = [ En donde: : representa la adsorción en miligramos de fosfonatos (expresado en mg de ) por gramo del material adsorbente.
PO3− 4
Ci: representa la concentración inicial del producto en mg/L de fosfonatos. Cf : representa la concentración final del producto en mg/L de fosfonatos. Wm: representa la Masa del material absorbente (grava/arena) en gramos. Para expresar la adsorción en términos del producto comercial, se aplica la siguiente ecuación:
En donde:
/ = / %
%F: Porcentaje de fosfonatos (w/v) en el producto comercial.
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4.3.
PRUEBA DE DESPLAZAMIENTO
Esta es la prueba final que se realiza al producto o productos de mejor desempeño a lo largo de las pruebas. En esta prueba se determina la curva de desorción del producto en un plug representativo de la formación, mediante la siguiente metodología:
El plug limpio se satura con salmuera. Se mide la permeabilidad absoluta a la salmuera equivalente, a un flujo de 2 ml/min. Se desplaza crudo del pozo a evaluar (filtrado a 10 μm) hasta obtener la permeabilidadbase inicial, K i (efectiva al crudo a S wirr ) a una taza de 2 ml/min.
Desplazar nuevamente salmuera hasta S or (alcanzar K constante). Se desplaza nuevamente crudo hasta obtener la permeabilidad constante (efectiva alcrudo a S wirr ).
El ciclo salmuera - crudo se repite hasta que el valor de la K crudo de las dos últimas etapassea similar. Desplazar preflujos y/o espaciadores si se requiere (por definir).
Desplazar 10 volúmenes porosos (VP) del tratamiento de Inhibición (al 12% vol. En KCl-2%)a 1 ml/min. Cerrar el sistema por 12 horas.
Luego del cierre, se inicia el desplazamiento a temperatura de yacimiento, desplazandocon salmuera equivalente de la formación, a 1 ml/min.
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Empleando un colector de fracciones automático, tomar muestras cada ½ volumen porosodel fluido de retorno en las cuales se analiza la concentración del inhibidor, Ca, Fe,conductividad y pH, hasta obtener concentraciones de inhibidor inferiores al MICobtenido.
Se construye una curva de concentración del inhibidor Vs volúmenes porosos desplazados. El producto que requiera el mayor número de volúmenes porosos para ser desplazado delplug hasta alcanzar la concentración establecida en el MIC, será el producto a seleccionar.
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5. RESULTADOS PARCIALES (de lo que se lleva hasta el momento) 5.1.
PRUEBAS DE EFICIENCIA DINÁMICA
CONDICIONES DE PRUEBA (T = 90°C y P = 1000 psi) INHIBIDOR Línea base 25 15 10 7.5 5 ppm ppm ppm ppm ppm EC6574A NALCO ∆p = 1.0 psi, HALLIBURTON ∆t = 30 min NANOFLUIDO 1
No hubo depositación de incrustaciones. Depositación de incrustaciones. Tendencia incrustante
NOTA : E s ta prueba s e realizó en los laboratori os del IC P.
2.5 ppm
