Los ingenieros de Rice University analizan variedades de crudos para ver cómo el agua puede maximizar la producción de reservorios
Los científicos de la Escuela de Ingeniería Brown de Rice University muestran que las gotas microscópicas de agua salada emulsionan el petróleo crudo cuando cada una tiene la composición correcta. Comprender cómo se combinan es importante para mejorar la recuperación de petróleo.
La ingeniera química y biológica del Rice University Sibani Lisa Biswal y sus colegas hicieron todo lo posible para caracterizar los tres elementos más importantes para la recuperación de petróleo: roca, agua y el crudo en sí.
Confirmaron que los pozos son más productivos cuando el agua con la concentración de sal adecuada se adapta cuidadosamente al petróleo y a la formación de rocas, carbonatos o areniscas. Si la salmuera de baja salinidad puede crear gotas de emulsión en un crudo específico, la salmuera también parece alterar la humectabilidad de la roca. La humectabilidad determina la facilidad con la que la roca liberará petróleo.
El coautor principal Jin Song dijo que los primeros indicios del efecto del agua de mar provienen de pozos en el Mar del Norte. “Las compañías petroleras descubrieron que cuando inyectaban agua de mar, que tiene una salinidad relativamente baja, la recuperación de petróleo era sorprendentemente buena”, dijo.
Incluso con ese entendimiento, dijo que la investigación ha sido limitada. “Por lo general, en la industria del petróleo y el gas, cuando buscan agua de baja salinidad, tienden a concentrarse en el efecto de la salmuera e ignoran el efecto del petróleo”, dijo Song, quien obtuvo su Ph.D. en Rice este año y ahora es investigador en Shell.
Figura 1. La salmuera de baja salinidad inyectada en el petróleo crudo forma gotas a nanoescala que ayudan a separar el petróleo de la roca en los depósitos, según los ingenieros de la Universidad de Rice. El anillo negro alrededor de las gotitas, visto en una imagen de microscopio electrónico criogénico, es asfaltenos. Imagen Wenhua Guo
“Por lo tanto, las personas no han podido encontrar un buen indicador o ninguna correlación entre la efectividad del agua de baja salinidad y las condiciones experimentales”, dijo. “Nuestro trabajo es el primero en identificar algunas de las propiedades del petróleo que indican cuán efectiva puede ser esta técnica en un campo específico”.
El equipo probó cómo se dispersa la salmuera inyectada y cómo afecta la tensión interfacial del crudo y las interacciones electrostáticas con las rocas.
“Cómo caracterizar la humectabilidad con precisión es un desafío”, dijo Biswal. “A menudo, suponemos que las rocas de los reservorios subterráneos están bajo un estado de humedad mixta, con regiones que están húmedas de petróleo y regiones que están húmedas de agua.
“Si puede alterar sus sitios húmedos de petróleo a sitios húmedos de agua, entonces hay menos fuerza impulsora para mantener el petróleo en la superficie mineral”, dijo. “En la inyección de agua de baja salinidad, la salmuera puede desplazar el petróleo atrapado. A medida que cambias de petróleo a agua, el petróleo se libera de la superficie mineral”.
Los investigadores probaron dos salmueras, una de alta salinidad y otra con una cuarta parte de la salinidad del agua de mar, en núcleos de piedra caliza de Indiana contra seis crudos del Golfo de México, el sudeste de Asia y el Medio Oriente y un séptimo crudo con asfaltenos agregados. Descubrieron que la salmuera de alta salinidad inhibía claramente que las gotas de agua se emulsionaran en crudo, a diferencia de las muestras de baja salinidad.
Para comprender mejor la naturaleza termodinámica de la emulsión, el científico investigador de Rice Wenhua Guo tomó imágenes de microscopio electrónico criogénico de aproximadamente 100 mezclas de petróleo y agua. Debido a que el petróleo es opaco, las muestras tuvieron que colocarse en recipientes muy delgados y luego congelarse con nitrógeno líquido para mantenerlas estables para la obtención de imágenes.
Figura 2. La salmuera de alta salinidad mezclada con petróleo crudo no parece emulsionarse como lo hace la salmuera de baja salinidad, según los ingenieros de Rice que estudian el fenómeno. Sus resultados tienen implicaciones para mejorar la recuperación de petróleo. Imagen Wenhua Guo
“Esta es la primera vez que alguien ha visto estas gotas de agua dentro del petróleo crudo”, dijo Biswal. “Surgen espontáneamente dentro del petróleo crudo cuando lo expones a una salmuera de baja salinidad”.
Las imágenes revelaron gotas que varían en tamaño desde 70 hasta poco más de 700 nanómetros. Biswal dijo que los tensioactivos químicos, también conocidos como jabón, también son buenos para aflojar el petróleo en un depósito, pero son prohibitivamente caros. “Puede cambiar la concentración de sal para modificar la composición de la salmuera y obtener el mismo efecto que al incluir el detergente”, dijo. “Por lo tanto, es básicamente una técnica de bajo costo que intenta alcanzar el mismo objetivo que el detergente”.
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