04.03.2020 - Rice University

El "agua inteligente" puede ayudar a la recuperación del petróleo

Ahora hay pruebas de que el petróleo y el agua se mezclan. Más o menos.

Los científicos de la Escuela de Ingeniería Brown de la Universidad de Rice muestran que las microscópicas gotas de agua salada emulsionan el petróleo crudo cuando cada una tiene la composición adecuada. Entender cómo se combinan es importante para mejorar la recuperación del petróleo.

La ingeniera química y biológica de Rice, Sibani Lisa Biswal, y sus colegas se esforzaron mucho por caracterizar los tres elementos más importantes para la recuperación del petróleo: la roca, el agua y el propio crudo.

Confirmaron que los pozos son más productivos cuando el agua con la concentración de sal adecuada se ajusta cuidadosamente tanto al petróleo como a la formación de roca, carbonato o arenisca. Si la salmuera de baja salinidad puede crear gotas de emulsión en un crudo específico, la salmuera parece también alterar la humectabilidad de la roca. La humectabilidad determina con qué facilidad la roca liberará petróleo.

El co-autor principal Jin Song dijo que los primeros indicios del efecto del agua de mar provenían de los pozos del Mar del Norte. "Las compañías petroleras descubrieron que cuando inyectaron agua de mar, que tiene una salinidad relativamente baja, la recuperación del petróleo fue sorprendentemente buena", dijo.

Incluso con ese entendimiento, dijo que la investigación ha sido limitada. "Normalmente en la industria del petróleo y el gas, cuando buscan agua de baja salinidad, tienden a centrarse en el efecto de la salmuera e ignoran el efecto del petróleo", dijo Song, que obtuvo su doctorado en Rice este año y ahora es investigador en Shell.

"Así que la gente no ha podido encontrar un buen indicador o alguna correlación entre la eficacia 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 a la tensión interfacial de los aceites y a las interacciones electrostáticas con la roca.

"Cómo caracterizar la humectabilidad con precisión es un desafío", dijo Biswal. "A menudo, asumimos que la roca del yacimiento subterráneo está bajo un estado mixto húmedo, con regiones húmedas de petróleo y regiones húmedas de agua.

"Si se pueden alterar los sitios húmedos de petróleo a los sitios húmedos de agua, entonces hay menos fuerza motriz para mantener el petróleo en la superficie del mineral", dijo. "En la inyección de agua de baja salinidad, la salmuera es capaz de desplazar el aceite atrapado. A medida que cambias de aceite mojado a mojado en agua, el aceite se libera de la superficie del mineral."

Los investigadores probaron dos salmueras, una de alta salinidad y otra con un cuarto de la salinidad del agua de mar, en núcleos de piedra caliza de Indiana contra seis aceites crudos del Golfo de México, el sudeste asiático y el Oriente Medio y un séptimo aceite con asfalteno añadido. Encontraron que la salmuera de alta salinidad inhibía claramente las gotas de agua de emulsionar en el 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 unas 100 mezclas de petróleo y agua. Debido a que el aceite es opaco, las muestras tuvieron que ser colocadas en recipientes muy delgados, y luego congeladas con nitrógeno líquido para mantenerlas estables para la obtención de imágenes.

"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 variaban en tamaño de 70 a poco más de 700 nanómetros. Biswal dijo que los surfactantes químicos, también conocidos como jabón, también son buenos para aflojar el aceite en un depósito, pero son prohibitivamente caros. "Se puede cambiar la concentración de sal para modificar la composición de la salmuera y obtener el mismo efecto que al incluir el detergente", dijo. "Así que es básicamente una técnica de bajo costo tratando de lograr el mismo objetivo que el detergente".

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