República Bolivariana de Venezuela Venezuela Ministerio del Poder Popular para la educación Instituto politécnico Santiago Mariño Núcleo Cabias Materia! Plani"cación # control de la producción
Recuperación terciaria! $%C$%IN&' S(R)$C*$N*+'P&%,M+R&
$ngélica -utiérrez ./01220.32
Recuperación $SP! La Inyección ASP es una técnica de recuperación mejorada de petróleo especialmente diseñada para ser utilizado después de un proceso de inyección de agua. Consiste en una mezcla de productos químicos tales como el alcalino el sur!actante y el polímero de allí que se denomine Inyección ASP con los que se logra cam"iar las propiedades del agua inyectada. #l o"jeti$o principal de estos agentes químicos es disminuir la tensión inter!acial %&I'( entre el agua y el petróleo e incrementar la $iscosidad del agua para mejorar el radio de mo$ilidad entre las !ases logrando disminuir la saturación residual de petróleo %Sor( y por ende aumentar la producción. #sta inyección se aplica directamente al yacimiento. Se inicia con una inyección de agua para acondicionar el pozo %ajuste de salinidad( luego se inyecta la solución de )lcali sur!actante y polímero seguido de una solución de polímero para conducir el petróleo y controlar la mo$ilidad de los químicos. 'inaliza con la inyección de agua para conducir *acia los pozos productores los tapones pre$ios y el petróleo. + Ayuda a disminuir la saturación de petróleo residual al mismo tiempo que mejora la e,ciencia de "arrido. + Se logra e-tender la $ida til del yacimiento e incrementar su $alor económico. +
/isminuye nota"lemente el corte de agua
+ Se o"tiene un nota"le incremento en el reco"ro de petróleo en yacimientos *eterogéneo. +
Se usa con pre!erencia en crudos con alto $alor )cido.
+ Se puede aplicar a un campo en cualquier momento sea durante una inyección de agua o al ,nal de un programa terciario. + La recuperación total de petróleo es casi dos $eces la de un programa tradicional de inyección de agua.
La inyección ASP es uno de esos métodos que se usan para contrarrestar esos !enómenos anteriormente nom"rados dado que esta tiene como propósito principal mejorar el desplazamiento del crudo a tra$és de la disminución de la &I' entre el agua y el crudo e incrementar la $iscosidad del agua modi,cando así la relación de las
!uerzas $iscosas y capilares. Por lo que entre los o"jeti$os que cumple el proceso est)n0 1. 2ejorar el radio de mo$ilidad0 La inyección ASP tiene como premisa lograr un radio de mo$ilidad menor a uno %231( para que ocurra un desplazamiento óptimo donde el petróleo 4uye m)s que el agua y por lo tanto es muy !)cil para el agua desplazar el crudo resultando en altas e,ciencias de "arrido y un "uen reco"ro de petróleo. #sto lo logra con la ayuda del polímero que incrementa la $iscosidad del agua por lo que aumenta la permea"ilidad e!ecti$a de la misma. 5. 6educción de la &I'0 Con la ayuda del sur!actante y del )lcali se logra disminuir la tensión inter!acial entre las !ases agua 7 petróleo para lograr un desplazamiento y mo$ilización del crudo *acia los pozos productores aumentando de esta manera el 8c y por ende mejora la e,ciencia de desplazamiento. #l ASP es un método de recuperación mejorada que consiste en inyectar una primera lec*ada que contenga principalmente sur!actantes y soluciones alcalinas que al contacto con el petróleo reducen la tensión inter!acial agua9petróleo y desplazan las gotas del mismo con mayor !acilidad. Seguidamente una segunda lec*ada que contenga polímeros con el o"jeti$o de aumentar la $iscosidad del agua y desplazar e!ecti$amente tanto la primera lec*ada como el petróleo mó$il.
%os pol4eros son sustancias de alto peso molecular %1:::: g.;mg o mayor( !ormados por macromoléculas %generalmente org)nicos( que est)n constituidas por pequeñas moléculas %monómeros( unidas mediante enlaces co$alentes de !orma repetiti$a. #stas pequeñas moléculas pueden estar enlazados de !orma lineal rami,cada tipo injerto en "loque y al azar.
Sur5actante es un término que normalmente se utiliza para designar en !orma a"re$iada a los Compuestos con Acti$idad Inter!acial.
ciclopara!ínicos o arom)ticos el cual puede e$entualmente contener *alógenos %elemento no met)lico que no se encuentra li"re en la naturaleza= pero a"undan sus com"inaciones con los metales m)s electropositi$os como sodio potasio calcio etc. !ormando sales= mientras que la porción *idro!ílica es un grupo con cierto car)cter polar que generalmente contiene *etero)tomos tales como >-ígeno %>5( Azu!re%S( 8itrógeno%8( 'ós!oro%P( los cuales aparecen en grupo !uncionales como alco*ol tiol éter )cido sul!ato sul!onato !os!ato amina amida amida etc. Los sur!actantes permiten controlar las propiedades de un sistema %#j.0 petróleo;agua;sur!actante( y segn el caso y el uso se cali,can como ja"ón detergente tensoacti$o emulsionante dispersante espumante *umectante *idro!o"ante etc.
%os 6lcalis se de,nen como cada uno de los ó-idos *idró-idos o car"onatos de los metales alcalinos %litio sodio potasio y ru"idio(. ?9 al disol$erse en agua. @n ejemplo claro es el *idró-ido pot)sico de !órmula >?0 >? B >?9 %en disolución acuosa( #n general un )lcali es una solución de los iones *idró-ido y de su correspondiente los cationes positi$amente cargados. #l proceso de recuperación mejorada por inyección de productos químicos com"inados %ASP( "usca disminuir las !uerzas capilares mediante la disminución de la tensión inter!acial agua9aceite %DEo( y el mejoramiento de los per,les de inyección mediante la modi,cación de la $iscosidad del agua de inyección %FE( logrando con esto relaciones de mo$ilidad !a$ora"les. Para la modi,cación de la tensión inter!acial agua9aceite es comn el uso de sur!actantes y )lcali= para modi,car la $iscosidad del agua de inyección los polímeros son los productos químicos utilizados. Por separado estos productos químicos pueden mejorar las recuperaciones de *idrocar"uros sin em"argo el uso com"inado de estos genera una sinergia que mejora por muc*o los resultados indi$iduales. Antes de a"ordar el método com"inado ASP se descri"ir)n los métodos de inyección de productos químicos de !orma indi$idual es
decir desplazamiento con soluciones poliméricas desplazamiento alcalino y desplazamiento miscelar. #l uso de soluciones poliméricas en la industria petrolera *a sido e-tenso ya sea en operaciones de per!oración terminación reparación producción y en proyectos de recuperación mejorada. #n esta ltima aplicación se intenta incrementar la recuperación de las reser$as de los yacimientos modi,cando las condiciones ad$ersas que a!ectan a la e,ciencia de desplazamiento del agua de inyección que en general son dos0 + 6elación de mo$ilidad agua9aceite des!a$ora"le. + ?eterogeneidad e-cesi$a del yacimiento. Las características de las soluciones poliméricas permitir)n mejorar en los casos anteriores las e,ciencias de desplazamiento areal y $ertical. 1. #l polímero incrementa la $iscosidad del agua inyectada. #sto reduce la relación de mo$ilidad agua9aceite incrementando las e,ciencias de "arrido. 5. #l polímero se adsor"e a la roca que contacta y crea una resistencia adicional al 4ujo de agua su"secuente así el 4ujo de agua y polímero es restringido y o"ligado a des$iarse a otras partes del yacimiento. Generalmente la inyección de polímeros se lle$a a ca"o en yacimientos donde pre$iamente se *a inyectado agua como un método de recuperación secundaria= este 4ujo de agua pre$io permite conocer la presencia de *eterogeneidades la inyecti$idad y presencia de arcillas o sales reacti$as y algunos otros par)metros que son de gran utilidad al momento de inyectar una solución polimérica así como a"rir canales de 4ujo y de esta manera preparar al yacimiento. #n general el método consiste en inyectar un pre4ujo de agua para acondicionar el yacimiento= posteriormente la inyección del "ac*e de la solución alcalina y por ltimo la inyección del 4uido desplazante que en la mayoría de los casos es agua. #ste procedimiento origina un "anco de aceite al !rente seguido por un "anco com"inado de aceite y agua del "ac*e de pre4ujo todos desplazados *acia los pozos productores. Con el o"jeti$o de mejorar no sólo una característica como la tensión inter!acial sino tam"ién la relación de mo$ilidades una pr)ctica comn es com"inar los métodos de inyección de soluciones alcalinas
con la inyección de soluciones poliméricas Algunos estudios de la"oratorio tam"ién *an concluido que la com"inación del )lcali con el polímero mejora la inyecti$idad de este ltimo.
+S*(7I& S&BR+ %$ $P%IC$BI%I7$7 7+ %$ IN8+CCI9N $SP :$%C$%IN&'S(R)$C*$N*+'P&%,M+R&; P$R$ +% M+<&R$MI+N*& 7+ %$ PR&7(CCI9N 7+ CR(7&S P+S$7&S Las sustancias químicas como el )lcali el sur!actante y el polímero son los principales componentes de cualquier proceso de inyección química. Cuando se pretende inyectar al yacimiento las tres sustancias en un mismo tapón %en inglés Hslug( es necesario conocer comprender y anticipar las interacciones que ocurren entre ellos así como con el sistema petróleo 7 salmuera 7 roca de"ido a que las mismas in4uyen en el resultado ,nal de las prue"as de campo. Adem)s permitiría entender como cada químico contri"uye en la recuperación mejorada de petróleo con lo que se lograría optimizar el diseño de 4ujo y el desempeño en el reco"ro de petróleo. Como el o"jeti$o principal de estos químicos en el proceso ASP es disminuir la tensión inter!acial entre el agua y el petróleo e incrementar la $iscosidad del agua para mejorar el radio de mo$ilidad por lo tanto se estudiar)n las interacciones especí,cas entre ellos en "ase a como in4uyen en la tensión inter!acial la $iscosidad y en el desplazamiento de !ases. La mezcla ASP es una solución !ormada por una com"inación de )lcali sur!actante y polímero diluidos en agua los cuales son
compati"les primordialmente a "ajas concentraciones. Al unirse estos químicos ocurren interacciones entre ellos de"ido a las propiedades o !unciones indi$iduales de cada uno mostrando así un "uen desempeño al momento de aplicarse al yacimiento. #l tapón ASP ")sicamente estar) compuesto por cierta concentración en peso %p;p( de )lcali que al ser mezclado con la del sur!actante y el polímero 7 concentraciones determinadas por estudios de la"oratorio 7 este actuar) como una capa protectora so"re las moléculas de am"os compuestos logr)ndose que al momento de que la mezcla contacte al yacimiento se disminuya la adsorción del sur!actante y del polímero. #l sur!actante mejora las propiedades inter!aciales del )lcali asimismo el sinergismo de los agentes químicos puede mejorar las condiciones entre las !ases agua 7 petróleo para lograr disminuir la tensión inter!acial aumentando la zona de "aja &I'. #ste al mismo tiempo protege al )lcali de la salinidad del agua de !ormación ya que logra aumentar la tolerancia del )lcali por medio del aumento de la salinidad requerida de la solución con respecto a la del agua de !ormación. #n presencia del polímero puede !orma agregados entre sí a una concentración menor a la C2C. #l polímero por su parte cam"ia las propiedades de la solución aumentando la $iscosidad de la misma la cual puede permanecer constante a lo largo del proceso siempre y cuando las propiedades reológicas del mismo no sean modi,cada tal es el caso del sur!actante a concentraciones mayores a la C2C que modi,ca las características reológicas de la solución al m)-imo es decir se pueden o"ser$ar aumentos o disminuciones consecuti$as de la $iscosidad del polímero porque se pueden !ormar estructuras del tipo gel. #l crudo contiene naturalmente componentes )cidos org)nicos %cuya cantidad es medida por el nmero )cido( tales como )cidos car"o-ílicos car"o-i!enoles y !racciones de as!altenos entre otros= capaces de generar sur!actantes en sitio. #l )lcali al contactarse con el crudo reaccionar) con estos )cidos org)nicos !ormando in sitio sales con propiedades sur!actante o como se conoce un sistema secundario de sur!actante denominado sur!actantes naturales %S8( los cuales son similares a los ja"ones. Los S8 tienen la !unción principal de modi,car !a$ora"lemente la &I' y el nmero capilar lo cual ocurre al momento de producirse ya que como tienen propiedades sur!actante estos satis!acer)n su do"le a,nidad
en la inter!ase es decir se adsor"er)n en la inter!ase agua 7 petróleo por la ionización de los )cidos car"o-ílicos y !enoles. Las rocas sedimentarias generalmente est)n compuestas de areniscas con arcillas las cuales contienen iones como el calcio %Ca ( que *an estado en equili"rio con la salmuera connata. Al inyectar una nue$a !ase acuosa se produce un nue$o equili"rio !ísico 7 químico que puede resultar en un intercam"io de iones entre la solución inyectada y la roca. La principal !unción del sur!actante en la solución ASP es lograr la disminución de la &I' entre las !ases petróleo 7 agua a un ni$el que promue$a la mo$ilización de las gotas de petróleo atrapada. #sto ocurre cuando el sur!actante al contactarse con las !ases inmicisci"les se adsor"en en la inter!ase satis!aciendo su do"le a,nidad polar 7 apolar promo$iendo una disminución en la energía inter!acial del sistema y por lo tanto de la &I'. #l polímero en la solución ASP aumenta la $iscosidad de la solución permitiendo que al contactarse con las !ases agua 7 petróleo aumente la $iscosidad del agua porque el polímero a usar tendr) la propiedad de ser solu"le en agua e insolu"le en petróleo con lo que mejora el radio de mo$ilidad entre las !ases. Con ello el petróleo se mo$er) mas r)pido que el tapón de empuje e$idenci)ndose mejoras en la e,ciencia de contacto de la inyección con el yacimiento dando como resultado un mejor desplazamiento areal y $ertical así como de un "arrido m)s completo del yacimiento. Para lle$ar a ca"o el proceso se requiere de $alores óptimos de las di$ersas $aria"les in$olucradas %tapón tamaño concentraciones de los agentes químicos etc.( para lograr el m)-imo reco"ro de petróleo en los yacimientos *eterogéneo multi!)sicos sujetos a dic*o proceso. #l $alor óptimo del tapón se o"tiene de acuerdo al $olumen poroso del yacimiento y su porcentaje es "asado en el $olumen de poros del )rea "arrida. #n cuanto a las concentraciones químicas se calculan mediante prue"as de la"oratorio donde las del )lcali y del sur!actante se "asa en la totalidad de la !ase petróleo y las del polímero con re!erencia a la totalidad de la !ase agua ya que en el proceso este es insolu"le en la !ase petróleo. #n el proceso se usa la mezcla de los agentes químicos a "ajas concentraciones aunque todo depende de las condiciones del yacimiento. Generalmente son0
• • •
Jlcali de 1 a 5 Kp;p. Sur!actante de :1 a : Kp;p. Polímeros de M:: a 1:: ppm.
+l Proceso #l proceso se inicia con la inyección de un tapón de agua de "aja salinidad para acondicionar el yacimiento. #ste tapón compuesto normalmente por cloruro de sodio %8aCl( o )cido clor*ídrico %?CL( producir) un "uNer compati"le entre el yacimiento y las soluciones químicas desplazando la salmuera de la !ormación que generalmente contiene iones de potasio %( sodio %8a( y Calcio %Ca(= disminuyendo la posi"ilidad de que estos a!ecten la acción de los agentes químicos. Con ello se e$itar) las precipitaciones indesea"les como es el caso de la precipitación de )lcali que origina taponamiento en los poros= tam"ién minimizar) la posi"ilidad de que el sur!actante sea adsor"ido en la roca. Con este acondicionamiento se lograr) o"tener la salinidad denominada salinidad óptima en la que los $alores de la &I' son "ajos y se ma-imice el reco"ro de petróleo. Seguidamente se inyecta el tapón de ASP de apro-imadamente O:K P que se encargar) de mo$ilizar al petróleo que se encuentra atrapado en los poros por el e!ecto de la !uerzas capilares. #sta mo$ilización se e!ecta por la acción indi$idual de cada químico la cual ocurre de la siguiente manera0 Al inyectarse al yacimiento el tapón ASP %!ormulado a "ajas concentraciones( *ar) contacto con las !ases presentes donde el sur!actante %a concentraciones iguales o menores a la C2C( por su característica de an!í,lo se adsor"er) en la inter!ase de am"as !ases lo que dar) origen a una disminución de la &I'. #sta disminución permitir) que el )lcali tenga un mayor contacto con el crudo origin)ndose una reacción de éste con los )cidos org)nicos del petróleo lo que dar) origen a la !ormación in situ de los denominado sur!actantes naturales. Am"os sistemas de sur!actantes se adsor"er)n en la inter!ase agua9 petróleo produciendo una disminución de la &I' a $alores ultra "ajos %31:95 m8;m( la cual es una de las condiciones para aumentar el nmero capilar. #l sur!actante primario de"e estar "ajo condiciones !ísico 7 químicas apropiadas las cuales se logran a tra$és del estudio de comportamiento de !ases que permitir) e$aluar di$ersas
concentraciones para lograr disminuir la &I' a $alores deseados. #s importante agregar que el sur!actante se !ormule para un amplio rango de concentraciones de )lcali de"ido a que la concentración del )lcali $aría por las di$ersas interacciones que ocurren con el sistema roca 7 salmuera 7 petróleo. /e esta manera el sur!actante reaccionar) e!ecti$amente durante los cam"ios de concentración del agente alcalino. Con la acción conjunta del )lcali y el sur!actante %"aja &I'( se lograr) la emulsi,cación del cierta cantidad de crudo que puede ser inesta"le si las condiciones de !ormulación son las óptimas %donde la a,nidad del sur!actante con el crudo est) equili"rada con su a,nidad por el agua %6Q1(( por lo que las gotas de petróleo coaslesceran y junto con los gló"ulos atrapados !ormar)n una !ase continua o "anco de petróleo disminuyendo la Sor. Algunos in$estigadores creen que la "aja &I' mejora el petróleo por inducir emulsi,cación m)s que por el incremento del nmero capilar. #n esta etapa se o"ser$ar) la !ase de microemulsión intermedia. #l "anco de petróleo se desplazar) m)s r)pido que la !ase desplazante %agua( not)ndose una mejora en el radio de mo$ilidad %231( ocasionada por la acción que genera el polímero contenido en el tapón ASP que es aumentar la $iscosidad del agua y por ende disminuye su permea"ilidad relati$a con ello se o"ser$a una mejor e,ciencia de desplazamiento microscópico y de "arrido areal y $ertical. Como ya se *a mencionado el polímero no logra disminuir la Sor sólo modi,ca las propiedades de la solución acuosa. La reducción de la Sor se logra por la acción del sur!actante y el )lcali y la mo$ilización de ese petróleo residual es por la acción del polímero por ello se dice que la inyección ASP se "asa en el sinergismo de sus componentes. Por lo tanto con la acción del tapón ASP se logra aumentar el nmero capilar y mejorar el radio de mo$ilidad not)ndose una disminución en el corte de agua y un aumento en el reco"ro de petróleo siendo esto cierto ya que al ocurrir un aumento en el 8c se disminuye Sor porque se est) H$enciendo la acción que ejercer las !uerzas capilares so"re el crudo. @na $ez que transcurre cierto tiempo que permita que el tapón ASP logre sus o"jeti$os se procede a inyectar un tapón de polímero de apro-imadamente 5RK P con la ,nalidad de mantener el empuje la integridad y el control el la mo$ilidad de los 4uidos. #ste lograr) mejorar la e,ciencia macroscópica permitiendo que el "anco de
petróleo se desplace *acia los pozos productores adem)s que e$ita las inesta"ilidades del tipo digitación $iscosa %'igura .1:(. #l proceso ,naliza con la inyección de un tapón de agua %agua a salinidad mayor a la del primer tapón( el cual conducir) los tapones pre$ios y el petróleo *acia los pozos productores.
IN*R&7(CCI9N La inyección ASP es una técnica de recuperación mejorada de petróleo producto de una modi,cación de la inyección alcalina de"ido a que ésta resulta"a en un "ajo reco"ro de petróleo a causa de la pérdida o consumo del )lcali por las di$ersas reacciones químicas con el sistema roca 7 salmuera 7 petróleo por el "ajo $alor )cido del crudo y por la carencia de un control en la mo$ilidad. #l proceso ASP com"ina los "ene,cios de los métodos de inyección de )lcali de sur!actante y de las soluciones poliméricas. #st) diseñada para ser aplicada después de una recuperación por inyección de agua con el propósito de reducir la Sor especialmente en los yacimientos de petróleo con un alto $alor )cido %:5 >?;g(= sin em"argo mediante prue"as de la"oratorio y de campo *an demostrado que esta técnica puede ser aplicada en cualquier momento de la $ida til del yacimiento e inclusi$e en algunos casos en crudos con un "ajo $alor )cido siempre que la concentración del sur!actante sea alta.
C&NC%(SI9N #s muy importante estudiar el diseño de 4uido la compati"ilidad roca 7 4uido y la inyección lineal y radial en muestras de ncleo. #stas generalmente se *acen de T a U meses para luego ejecutarlo en campo donde se incluye la mezcla e inyección de químico para la mezcla se requiere de ciertas instalaciones de super,cie cuanti,cación y monitoreo de los 4uidos y químicos producidos entre otros. #ste proceso comprende una sucesión de tapones com"inados o indi$idual. 2ediante las di$ersas prue"as que *an realizado en di$ersos campos petroleros *an determinado que la composición y secuencia de los tapones juegan un papel muy importante en la mo$ilización y reco"ro del petróleo residual. Idealmente se desplazar) en 4ujo tipo pistón donde cada nue$o 4uido de"e empujar el 4uido que antecede.
