8.4 Inyeccion De Soluciones Alcalinas

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. (Hargreaves, 2003) 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 PH bajo (ácidos) en el aceite para formar surfactantes in situ, es decir: El principal mecanismo de la inyección de soluciones alcalinas es la formación de surfactante y sus principales propiedades son: 

Solubles en agua.



PH mayor a 7.



Los álcalis disueltos conducen la electricidad (Son electrolitos).



Jabonosos al tacto.

Se pueden alterar las concentraciones de iones 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 pH, su fórmula es: 𝑃𝐻 = −𝐿𝑜𝑔10 [𝐻 + ] Donde [𝐻 + ]→Concentración de iones de hidrógeno [

𝑀𝑜𝑙 𝑙𝑡

]

Fenómeno que se conoce como formación de escamas y consumo de álcali. Este método EOR requiere adicionar al agua de inyección ciertas sustancias químicas como hidróxido de sodio, silicato de sodio, soda caustica o carbono de sodio, las cuales reaccionan con los ácidos orgánicos que contiene el petróleo del yacimiento.

A medida que el agua alcalina y el petróleo reaccionan, se van produciendo sustancias jabonosas en la interface petróleo-agua las cuales permiten que el petróleo sea producido por uno de los siguientes mecanismos: a) Reducción interfacial como resultado de la formación de surfactantes. b) Cambio de humectabilidad, de humectado por petróleo a humectado por agua. c) Emulsificación y entrampamiento del petróleo para ayudar a controlar la movilidad. d) Emulsificación y arrastre del petróleo. e) Cambio de humectabilidad, de humectado por agua a humectado por petróleo.

Figura 1: Inyección de soluciones alcalinas

Los surfactantes que se forman participan en la reducción de la tensión interfacial y también, las emulsiones formadas como un resultado ayudan al mejoramiento de la relación de movilidades. (Farouq & Thomas, 1994) 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, incluyendo las reacciones con las arcillas. Los estudios de la tensión interfacial usando álcalis muestran que es necesaria una proporción de al menos 1% de concentración para afectar significativamente la tensión interfacial.

Los Álcalis se pueden combinar con inyección de polímeros y surfactantes (proceso denominado ASP) para realizar un desplazamiento más efectivo y distribución del químico de manera más uniforme a través del yacimiento. El patrón de inyección es muy importante en la inyección de álcalis debido a que debe reaccionar con el aceite, recordando que el número capilar se vuelve infinito debido a los surfactantes generados gracias al álcali; entonces entre mayor sea la porción del yacimiento contactado por los álcalis, se tendrá una mayor eficiencia global del proceso a pesar de que en realidad no se producirá todo el aceite contactado. Los álcalis o bases neutralizan los ácidos, produciendo sal, agua y surfactantes principalmente. Álcalis + ácidos en el petróleo →sal + agua + surfactantes Factores que afectan a las soluciones alcalinas: 

La salinidad. (Entre más iones , la concentración micelar crítica será menor para los surfactantes generados gracias a los álcalis)

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Proporción álcali/salmuera (al menos 1% es necesario de álcalis para obtener efectos)

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Contenido de minerales metálicos (principalmente calcio y magnesio ya que producen precipitados sólidos insolubles que generan taponamiento)

Figura 2: Esquema de inyección para álcalis o cáusticos en un arreglo de 5 pozos. (Niper, 1986)

Con este método se reduce la tensión inter-facial entre el aceite y la fase acuosa debido a que el álcali reacciona con los radicales en el aceite formando surfactantes. Estos reactivos químicos reaccionan con los ácidos orgánicos presentes naturalmente en los crudos con lo cual se logran generar surfactantes naturales Estas reacciones traen como consecuencia directa mejoras en la movilidad del crudo a través del yacimiento y hacia los pozos productores, bien sea por reducción de la tensión inter-facial, por un mecanismo de emulsificación espontanea o por cambios en la mojabilidad La mojabilidad de la roca es alterada por la interacción entre el álcali y las moléculas polarizadas adsorbidas por los granos de la roca tienden a ser mojado por agua. Finalmente se forma una emulsión agua/aceite. Este método ha resultado ser eficiente para crudos con altos contenidos orgánicos. En el caso de aceites pesados y viscosos, estas emulsiones tienen menor viscosidad que el aceite, mejorando el flujo a través el yacimiento.

Limitaciones: 

Se obtiene mejores resultados si el material alcalino reacciona con el petróleo del yacimiento; este debe tener un numero acido mayor de 0,2 mg KOH/de petróleo.

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La tensión interfacial entre la solución alcalina y el petróleo crudo debe ser menor de 0,01 dinas/cm.

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A altas temperaturas y en algunos ambientes químicos, se puede consumir excesivamente el álcali debido a reacciones con arcillas, minerales o silica presente en la arena del yacimiento.

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Los carbonatos deben evitarse debido a que usualmente contienen anhidrita y yeso, los cuales reaccionan adversamente con las químicas causticas

Ventajas 1. El proceso es relativamente barato. 2. El control de la movilidad es mejor que en los procesos de inyección de gas. 3. Es aplicable a un amplio rango de yacimientos de petróleo. 4. La conversión de inyección de agua a invasión con caustica es relativamente fácil.

Desventajas 1. Los problemas de corrosión requieren la protección de tuberías y tanques, así como de la tubería de producción. 2. El proceso no es para yacimientos carbonatados. 3. La mezcla y dispersión de la solución alcalina pueden causar una respuesta pobre. 4. Alto consumo de caustica.

Figura 3: Inyección de soluciones alcalinas. Criterios de diseño. (Paris, 2001)

Rivera Chávez, L. E. (2015). Apuntes de recuperación secundaria mejorada. (Tesis de pregrado). Universidad Nacional Autónoma de México. D.F.

París de Ferrer, M. (2001). Inyección de agua y gas en yacimientos petrolíferos. Maracaibo, Venezuela: Ediciones Astro Dala S.A