Aseguramiento de flujo en crudos de petróleoEstudio de compatibilidad de aguas

Resumen

El presente trabajo forma parte de una línea de investigación desarrollada en el Departamento de Tecnología Química y Energética, Tecnología Química y Ambiental, Tecnología Mecánica y Química Analítica de la Escuela Superior de Ciencias Experimentales y Tecnología de la Universidad Rey Juan Carlos sobre el Aseguramiento de Flujo de Crudo de Petróleo: Estudio de incompatibilidad de aguas. Dada la cada vez más exigente demanda de energía y la disminución de recursos energéticos es necesario desarrollar procedimientos que permitan llevar a cabo la extracción de las reservas energéticas que por motivos económicos o tecnológicos no han podido ser explotadas hasta el momento. El desarrollo de estos nuevos métodos de extracción de crudos de petróleo en campos de difícil acceso ha desarrollado un nuevo área de investigación conocida como aseguramiento de flujo en crudos de petróleo. El trabajo principal de estos departamentos es conocer los posibles problemas de obstrucción de las líneas de extracción de crudos de petróleo que se pueden ocasionar en las adversas condiciones a las que se ve sometido este tipo de procesos. Los principales problemas referentes al aseguramiento de flujo que se estudian es la deposición de parafinas y asfaltenos provenientes del crudo de petróleo debido a cambios de presión y temperatura y las formación de incrustaciones inorgánicas a partir del agua que es extraída de forma conjunta al crudo de petróleo o que se utiliza para mejorar los procesos de recuperación. Todos estos compuestos producen la aparición de deposiciones sólidas difíciles de remover y que disminuyen la sección de paso a través de las tuberías y pueden llegar incluso a bloquear por completo un equipo paralizando el proceso de extracción. Debido a las elevadas cantidades de dinero que pueden llegar a perderse si uno de estos problemas ocurriese es de gran interés conocer las condiciones en las que aparecen estos compuestos para prevenir de la mejor forma posible la deposición de estos sólidos y los problemas que ellos conllevan. Y como último remedio disponer de las herramientas adecuadas para realizar los procesos de eliminación necesarios en cada caso. La acumulación de sedimentos minerales es uno de los problemas de aseguramiento de flujo que más preocupa a los ingenieros de producción. Se trata de un conjunto de depósitos que se incrustan en los los revestidores, las válvulas, las tuberías de producción, las bombas, y los equipos de completación del pozo. Las incrustaciones se pueden depositar a lo largo de toda la trayectoria que sigue el agua, desde los pozos inyectores hasta los equipos de superficie, pasando por los yacimientos. La mayor parte de las incrustaciones que se encuentran en los campos petroleros se forman por precipitación de minerales presentes en el agua de formación, o bien como resultado de que el agua producida se sobresatura de componentes minerales cuando dos aguas incompatibles se encuentran en el fondo del pozo. Cada vez que un pozo de gas o de petróleo produce agua, o que se utiliza inyección de agua como método para mejorar la recuperación, surge la posibilidad de que se formen incrustaciones. Las incrustaciones pueden desarrollarse en los poros de la formación en la cercanía del pozo, con lo cual la porosidad y la permeabilidad de la formación se ven reducidas. Asimismo, pueden llegar a bloquear el flujo normal cuando se obstruyen las tuberías de producción. Pueden además cubrir y deteriorar equipos de completación, como las válvulas de seguridad. Los efectos de las incrustaciones pueden resultar dramáticos e inmediatos. Por debajo de las incrustaciones pueden aparecer signos de corrosión y picaduras sobre el acero, debido a la presencia de bacterias y gas sulfuroso, con lo cual se reduce la integridad del acero. Las incrustaciones inorgánicas de origen mineral más comunes formadas a partir de las aguas de producción son el carbonato de calcio (CaCO3) y el sulfato de bario (BaSO4). El origen de las incrustaciones de carbonatos se debe a la presencia de iones de calcio y bicarbonatos en las aguas de producción, cuando se produce un descenso de la presión o cambian otras condiciones, puede precipitar la calcita (CaCO3). El sulfato de bario (BaSO4) se forma generalmente cuando el agua de formación rica en iones bario se produce de forma conjunta con el agua de mar rica en iones sulfato. Además de este tipo de incrustaciones se pueden generan también sulfato de estroncio y calcio y carbonatos de bario y estroncio aunque en menor medida que las anteriores. Las técnicas utilizadas para eliminar las incrustaciones deben cumplir ciertas condiciones: ser rápidas, no dañar el pozo, las tuberías ni el ambiente de la formación, y ser efectivas en la prevención de nuevas precipitaciones en el futuro. En los tratamientos de estimulación de la matriz de la formación, por lo general, se emplean disolventes de incrustaciones con el fin de detener la caída de la producción. Para poder decidir cuál es la mejor técnica, es necesario conocer el tipo y la cantidad de incrustaciones y su composición física o su textura, ya que si se elige un método inadecuado se puede llegar, en realidad, a incentivar el depósito de incrustaciones. El grado de resistencia y la textura de las incrustaciones presentes en las tuberías revisten gran importancia en la elección de la técnica de eliminación. La resistencia y la textura pueden variar desde hilos delicados y quebradizos o cristales de alta microporosidad hasta capas de aspecto rocoso de baja permeabilidad y porosidad. La pureza de las incrustaciones afecta su resistencia a los métodos de limpieza.. El sulfato de bario puro es normalmente de baja porosidad y totalmente impenetrable con agentes químicos, y solo se puede eliminar lentamente utilizando alguno de los métodos mecánicos más tradicionales. Las mezclas de sulfato de bario que por lo general contienen sulfato de estroncio, sulfato de calcio o incluso carbonato de calcio, con frecuencia ceden con distintos métodos de limpieza tanto químicos como mecánicos. El costo directo de eliminar las incrustaciones de un pozo puede alcanzar los 250000 dólares, a lo que hay que agregar el costo de la producción perdida, que resulta aun más elevado. Así, mantener los pozos productores en buen estado constituye, en definitiva, la forma más eficiente de producir hidrocarburos. En la mayoría de los casos, para mantener la productividad de los pozos se prefiere utilizar el método de inhibición química como medio para prevenir la formación de incrustaciones. Las técnicas de inhibición pueden variar desde métodos básicos de dilución, a los más avanzados y efectivos inhibidores que actúan antes de que se inicie el proceso. Por último un correcto diseño de las líneas de extracción evitaría la aparición de cambios bruscos de las condiciones de extracción y así se minimizaría la aparición de incrustaciones inorgánicas. Cuando existe la sospecha de que se puede producir un problema de formación de incrustaciones minerales, es muy importante que se pueda realizar una estimación de la complejidad y severidad de este problema. Para realizar una predicción de la formación de minerales de forma efectiva es necesario un modelo termodinámico fiable para la predicción de la tendencia de la formación de las incrustaciones y un modelo cinético para la predicción de la tasa de formación de las incrustaciones. A partir del modelo termodinámico de equilibrio, es posible calcular si es posible o no la precipitación de los minerales y la cantidad máxima de sólidos que se pueden formar bajo unas condiciones determinadas. La cinética de la reacción determina como de rápido se produce la reacción para que un sistema alcance el equilibrio termodinámico y está determinada por un gran número de factores, siendo la temperatura el más importante. [46] Normalmente el operador de campo no tiene control sobre todas las variables que determinan la deposición de incrustaciones, pero la aplicación de los modelos termodinámicos y cinéticos puede ayudar a identificar algunos parámetros de producción que pueden ser controlados. Con el objetivo de profundizar en el proceso de aparición de incrustaciones inorgánicas durante la realización de esta investigación se han desarrollado una serie de procedimientos experimentales que permiten llevar a cabo un correcto análisis de la composición de las aguas de extracción, la efectividad de aditivos inhibidores y estudiar los distintos modelos termodinámicos disponibles con el objetivo de probar su validez para la predicción de la aparición de incrustaciones. Los métodos analíticos y procedimientos desarrollados para el análisis de aguas de pozos de extracción proporcionan valores adecuados para la obtención de resultados fiables de este tipo de aguas. El uso de aditivos comerciales es un método efectivo para la prevención de la formación de incrustaciones. La efectividad de estos aditivos depende de un gran número de factores. Se ha demostrado como a bajas concentraciones de aditivos inhibidores de incrustaciones inorgánicas la efectividad para inhibir la formación de scales alcanza un valor máximo a partir del cual un aumento en la concentración de principio activo de inhibidor utilizado no afecta a los valores de efectividad calculados. Debido a la especial formulación de estos aditivos presentan mejor actividad cuanto mayor es la temperatura del sistema. La efectividad de estos aditivos se ve disminuida por la salinidad del medio, en medios de alta salinidad con concentraciones similares a las de las aguas que acompañan a los crudos de petróleo durante su extracción la efectividad de los aditivos disminuye en la mayoría de los casos estudiados. Para el caso de las incrustaciones de carbonato la concentración de calcio en el medio afecta a la efectividad siendo este el factor dominante en este proceso. Al aumentar la concentración de calcio la efectividad disminuye hasta alcanzar un mínimo a partir del cual comienza a [...]