Aplicación de surfactantes en la producción de yacimientos petrolíferos.

Aplicación detensioactivosen la producción de yacimientos petrolíferos

1. Tensioactivos utilizados para la extracción de petróleo pesado

Debido a la alta viscosidad y la escasa fluidez del petróleo pesado, su extracción presenta numerosas dificultades. Para extraerlo, a veces es necesario inyectar una solución acuosa de surfactante en el fondo del pozo para convertirlo en una emulsión de aceite en agua de baja viscosidad y extraerlo a la superficie. Los surfactantes utilizados en este método de emulsificación y reducción de viscosidad del petróleo pesado incluyen alquilsulfonato de sodio, éter de alcohol alquílico de polioxietileno, éter de alquilfenol de polioxietileno, polioxietileno polioxipropileno poliamina, sal sódica de sulfato de éter de alcohol vinílico de polioxietileno, etc. La emulsión de aceite en agua resultante requiere la separación del agua y el uso de surfactantes industriales como desemulsionantes para la deshidratación. Estos desemulsionantes son emulsionantes de agua en aceite. Los más utilizados son los surfactantes catiónicos o los ácidos nafténicos, los ácidos asfálticos y sus sales de metales multivalentes.

El petróleo pesado especial no puede extraerse con bombeos convencionales y requiere inyección de vapor para su recuperación térmica. Para mejorar este proceso, es necesario utilizar surfactantes. Uno de los métodos de modulación más comunes consiste en inyectar espuma en el pozo de inyección de vapor, es decir, un agente espumante resistente a altas temperaturas y gas no condensable.

Los agentes espumantes comúnmente utilizados son los alquilbencenosulfonatos, los α-olefin sulfonatos, los sulfonatos de petróleo, los éteres de alcohol alquílico de polioxietileno sulfohidrocarbilados y los éteres de alquilfenol de polioxietileno sulfohidrocarbilados, etc. Debido a que los surfactantes fluorados tienen una alta actividad superficial y son estables a ácidos, álcalis, oxígeno, calor y aceite, son agentes espumantes ideales para altas temperaturas. Para que el aceite disperso pase fácilmente a través de la estructura de garganta de poro de la formación, o para que el aceite en la superficie de la formación sea fácilmente expulsado, es necesario utilizar un surfactante llamado agente difusor de película. El más utilizado es el agente de actividad superficial de polímero de resina fenólica oxialquilada.

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1. Tensioactivos para la extracción de petróleo crudo ceroso

La explotación de petróleo crudo parafínico requiere prevención y eliminación frecuentes de parafina. Los surfactantes actúan como inhibidores y removedores de parafina. Existen surfactantes liposolubles y hidrosolubles utilizados para la prevención de la parafina. Los primeros desempeñan una función antiparafina al cambiar las propiedades de la superficie del cristal de parafina. Los surfactantes liposolubles más comunes son los sulfonatos de petróleo y los surfactantes amínicos. Los surfactantes hidrosolubles desempeñan una función antiparafina al cambiar las propiedades de las superficies formadas por parafina (como tuberías de petróleo, varillas de bombeo y superficies de equipos). Los surfactantes disponibles incluyen alquilsulfonatos de sodio, sales de amonio cuaternario, éteres de alcano polioxietileno, éteres de hidrocarburos aromáticos polioxietileno y sus sales de sulfonato de sodio, etc. Los surfactantes utilizados para la eliminación de parafina también se dividen en dos aspectos. Los tensioactivos solubles en aceite se utilizan para removedores de cera a base de aceite, y los tensioactivos solubles en agua de tipo sulfonato, tipo sal de amonio cuaternario, tipo poliéter, tipo Tween, tipo OP, tipo plano a base de sulfato o sulfoalquilado y tipo OP.surfactanteLos se utilizan en removedores de cera a base de agua. En los últimos años, se han combinado orgánicamente removedores de cera nacionales y extranjeros, y se han combinado orgánicamente removedores de cera a base de aceite y removedores de cera a base de agua para producir removedores de cera híbridos. Este removedor de cera utiliza hidrocarburos aromáticos e hidrocarburos aromáticos mixtos como fase oleosa, y utiliza un emulsionante con efecto de limpieza de cera como fase acuosa. Cuando el emulsionante seleccionado es un surfactante no iónico con un punto de enturbiamiento apropiado, la temperatura debajo de la sección de enturbiamiento del pozo de petróleo puede alcanzar o superar su punto de enturbiamiento, de modo que el removedor de cera mixto puede La emulsificación se rompe antes de entrar en la sección de formación de cera, y los dos agentes de limpieza de cera se separan, que desempeñan simultáneamente la función de limpieza de cera.

3. TensioactivosSe utiliza para estabilizar la arcilla.

La estabilización de la arcilla se divide en dos aspectos: prevenir la expansión de los minerales arcillosos y prevenir la migración de sus partículas. Para prevenir la hinchazón de la arcilla, se pueden utilizar tensioactivos catiónicos como las sales de amina, de amonio cuaternario, de piridinio y de imidazolina. También existen tensioactivos catiónicos no iónicos que contienen flúor para prevenir la migración de las partículas de los minerales arcillosos.

4. Tensioactivosutilizado en medidas de acidificación

Para mejorar el efecto de acidificación, generalmente se agregan diversos aditivos a la solución ácida. Cualquier surfactante compatible con la solución ácida y fácilmente adsorbido por la misma puede utilizarse como retardante de la acidificación. Por ejemplo, en surfactantes catiónicos se encuentran el hidrocloruro de amina grasa, la sal de amonio cuaternario y la sal de piridina; en surfactantes anfotéricos, los polioxietileno alcanos sulfonados, carboximetilados, ésteres de fosfato o ésteres de sulfato, así como el éter fenólico básico. Algunos surfactantes, como el ácido dodecilsulfónico y sus sales de alquilamina, pueden emulsionar el líquido ácido en aceite para producir una emulsión de ácido en aceite. Esta emulsión puede utilizarse como líquido industrial acidificado y también actúa como retardante.

Algunos tensioactivos pueden utilizarse como antiemulsionantes para acidificar líquidos. Los tensioactivos con estructuras ramificadas, como el éter de propilenglicol de polioxietileno polioxipropileno y la pentaetileno hexaamina de polioxietileno polioxipropileno, pueden emplearse como antiemulsionantes acidificantes.

Algunos tensioactivos pueden utilizarse como agentes de drenaje en suelos con deficiencia ácida. Entre los tensioactivos que pueden utilizarse como agentes de drenaje se incluyen los de tipo sal de amina, sal de amonio cuaternario, sal de piridinio, no iónicos, anfotéricos y fluorados.

Algunos tensioactivos pueden utilizarse como agentes acidificantes antilodos, como los tensioactivos liposolubles, por ejemplo, los alquilfenoles, los ácidos grasos, los ácidos alquilbencenosulfónicos, las sales de amonio cuaternario, etc. Debido a su baja solubilidad en ácido, se pueden utilizar tensioactivos no iónicos para dispersarlos en la solución ácida.

Para mejorar el efecto de acidificación, es necesario añadir un agente reversor de humectación a la solución ácida para invertir la humectabilidad de la zona cercana al pozo, pasando de lipofílica a hidrofílica. Las mezclas de éteres de alcohol alquílico de polioxietileno polioxipropileno y éteres de alcohol alquílico de polioxietileno polioxipropileno con sales de fosfato se adsorben en la formación para crear una tercera capa de adsorción, que interviene en la humectación y la reversión.

Además, existen algunos surfactantes, como el hidrocloruro de amina grasa, la sal de amonio cuaternario o el surfactante no iónico-aniónico, que se utilizan como agentes espumantes para formar un fluido de trabajo ácido espumoso con el fin de ralentizar la corrosión y lograr una acidificación profunda. También se pueden crear espumas a partir de estos surfactantes y utilizarlas como pre-fluido para la acidificación. Tras su inyección en la formación, se inyecta la solución ácida. El efecto Jamin producido por las burbujas en la espuma puede desviar el líquido ácido, forzándolo a disolver principalmente la capa de baja permeabilidad, mejorando así el efecto de acidificación.

5. Tensioactivos utilizados en medidas de fracturación

Las técnicas de fracturación se utilizan frecuentemente en yacimientos petrolíferos de baja permeabilidad. Estas técnicas emplean presión para abrir la formación y crear fracturas, y utilizan apuntalantes para sostenerlas, reduciendo así la resistencia al flujo de fluidos y logrando el objetivo de aumentar la producción y la captación de fluidos. Algunos fluidos de fracturación se formulan con surfactantes entre sus componentes.

Los fluidos de fracturación de aceite en agua se formulan con agua, aceite y emulsionantes. Los emulsionantes utilizados son tensioactivos iónicos, no iónicos y anfotéricos. Si se utiliza agua espesada como fase externa y aceite como fase interna, se puede preparar un fluido de fracturación de aceite en agua espesado (emulsión polimérica). Este fluido de fracturación puede utilizarse a temperaturas inferiores a 160 °C y permite la ruptura automática de emulsiones y el drenaje de fluidos.

El fluido de fracturación espumosa utiliza agua como medio de dispersión y gas como fase dispersa. Sus componentes principales son agua, gas y agente espumante. Como agentes espumantes se pueden utilizar sulfonatos de alquilo, sulfonatos de alquilbenceno, sales de éster de sulfato de alquilo, sales de amonio cuaternario y surfactantes organofosforados. La concentración del agente espumante en agua suele ser del 0,5 al 2 %, y la relación entre el volumen de la fase gaseosa y el volumen de espuma oscila entre 0,5 y 0,9.

El fluido de fracturación a base de aceite es un fluido de fracturación formulado con aceite como disolvente o medio de dispersión. El aceite más comúnmente utilizado en el sitio es el crudo o su fracción pesada. Para mejorar su viscosidad y propiedades térmicas, es necesario agregar sulfonato de petróleo soluble en aceite (peso molecular 300-750). Los fluidos de fracturación a base de aceite también incluyen fluidos de fracturación de agua en aceite y fluidos de fracturación de espuma de aceite. Los emulsionantes utilizados en los primeros son tensioactivos aniónicos, catiónicos y no iónicos solubles en aceite, mientras que los estabilizadores de espuma utilizados en los segundos son tensioactivos poliméricos que contienen flúor.

El fluido de fracturación para formaciones sensibles al agua utiliza una mezcla de alcohol (como etilenglicol) y aceite (como queroseno) como medio de dispersión, dióxido de carbono líquido como fase dispersa y éter de alcohol alquílico de polioxietileno con sal de sulfato como emulsionante. También se puede utilizar una emulsión o espuma formulada con un agente espumante para fracturar formaciones sensibles al agua.

El fluido de fracturación utilizado para la fracturación y acidificación actúa tanto como fluido de fracturación como fluido acidificante. Se emplea en formaciones carbonatadas, y ambos procesos se llevan a cabo simultáneamente. Entre los surfactantes se encuentran la espuma ácida y la emulsión ácida. La primera utiliza alquilsulfonato o alquilbencenosulfonato como agente espumante, y la segunda, un surfactante sulfonado como emulsionante. Al igual que los fluidos acidificantes, los fluidos de fracturación también emplean surfactantes como antiemulsionantes, facilitadores del drenaje y agentes de inversión de la humectación, aspectos que no se abordarán en este documento.

6. Utilizar tensioactivos para el control del perfil y medidas de bloqueo del agua.

Para mejorar la eficacia de la inyección de agua y frenar el aumento del contenido de agua en el petróleo crudo, es necesario ajustar el perfil de absorción de agua en los pozos de inyección y aumentar la producción bloqueando el agua en los pozos de producción. Algunos métodos de control de perfil y bloqueo de agua suelen utilizar surfactantes.

El agente de control de perfil de gel HPC/SDS está compuesto de hidroxipropilcelulosa (HPC) y dodecilsulfato de sodio (SDS) en agua dulce.

El alquilsulfonato de sodio y el cloruro de alquiltrimetilamonio se disuelven respectivamente en agua para preparar dos líquidos de trabajo, que se inyectan en la formación uno tras otro. Estos dos líquidos de trabajo reaccionan entre sí en la formación para producir alquiltrimetilamina. El sulfito precipita y bloquea la capa de alta permeabilidad.

Los éteres de alquilfenol de polioxietileno, los sulfonatos de alquil arilo, etc., pueden utilizarse como agentes espumantes, disueltos en agua para preparar un fluido de trabajo, y luego inyectados en la formación alternativamente con dióxido de carbono líquido como fluido de trabajo. En la formación (principalmente en la capa de alta permeabilidad) se forma espuma, se produce un bloqueo y se desempeña un papel en el control del perfil.

Al utilizar un surfactante de amonio cuaternario como agente espumante disuelto en un sol de ácido silícico compuesto de sulfato de amonio y silicato de sodio, e inyectarlo en la formación, seguido de la inyección de un gas no condensable (gas natural o cloro), se genera inicialmente una fase líquida en la formación. La espuma en la capa intermedia de dispersión, seguida de la gelificación del sol de ácido silícico, produce una espuma con un sólido como medio de dispersión, que cumple la función de sellar la capa de alta permeabilidad y controlar el perfil.

Mediante el uso de surfactantes sulfonados como agentes espumantes y compuestos poliméricos como estabilizadores de espuma, y ​​posteriormente inyectando gas o sustancias generadoras de gas, se genera una espuma a base de agua en el suelo o en la formación. Esta espuma es tensioactiva en la capa de petróleo. Una gran cantidad del agente se desplaza hacia la interfaz petróleo-agua, provocando la destrucción de la espuma y evitando así el bloqueo de la capa de petróleo. Se trata de un agente selectivo para el bloqueo de agua en pozos petrolíferos.

El agente de sellado de cemento a base de aceite es una suspensión de cemento en aceite. La superficie del cemento es hidrófila. Al entrar en contacto con la capa productora de agua, el agua desplaza la interacción entre el pozo petrolífero y la superficie del cemento, provocando que este se solidifique y bloquee dicha capa. Para mejorar la fluidez de este agente de sellado, se suelen añadir tensioactivos carboxilato y sulfonato.

El agente bloqueador de agua micelar líquido soluble en agua es una solución micelar compuesta principalmente de sulfonato de amonio de petróleo, hidrocarburos y alcoholes. Contiene agua con alto contenido de sal en su composición y se vuelve viscoso para lograr el efecto de bloqueo de agua.

El agente bloqueador de agua a base de agua o aceite, que contiene tensioactivos catiónicos, se basa en agentes activos de cloruro de alquilo carboxilato y cloruro de alquilamonio, y solo es adecuado para formaciones de arenisca.

El agente bloqueador de agua para petróleo pesado activo es un tipo de petróleo pesado disuelto con un emulsionante de agua en aceite. Produce una emulsión de agua en aceite de alta viscosidad después de que la formación se deshidrata para lograr el propósito de bloquear el agua.

El agente bloqueador de agua de aceite en agua se prepara emulsionando petróleo pesado en agua utilizando un tensioactivo catiónico como emulsionante de aceite en agua.

7. Utilizar tensioactivos para medidas de control de arena.

Antes de las operaciones de control de arena, es necesario inyectar una cierta cantidad de agua activada preparada con surfactantes como fluido previo para limpiar la formación y mejorar el efecto de control de arena. Actualmente, los surfactantes más utilizados son los surfactantes aniónicos.

8. Tensioactivo para la deshidratación del petróleo crudo

En las etapas de recuperación primaria y secundaria de petróleo, se suelen utilizar desemulsionantes de agua en aceite para el crudo extraído. Se han desarrollado tres generaciones de productos. La primera generación incluye carboxilatos, sulfatos y sulfonatos. La segunda generación son tensioactivos no iónicos de bajo peso molecular, como el OP, el Pingpingjia y el aceite de ricino sulfonado. La tercera generación son tensioactivos poliméricos no iónicos.

En las etapas posteriores de la recuperación secundaria y terciaria de petróleo, el crudo producido se presenta mayoritariamente en forma de emulsión de aceite en agua. Se utilizan cuatro tipos de desemulsionantes, como el cloruro de tetradeciltrimetiloxiamonio y el cloruro de didecildimetilamonio. Estos pueden reaccionar con emulsionantes aniónicos para modificar su balance hidrófilo-oleófilo, o bien, adsorberse en la superficie de partículas de arcilla hidrófilas, alterando su humectabilidad y disolviendo las emulsiones de aceite en agua. Además, algunos tensioactivos aniónicos y tensioactivos no iónicos liposolubles que se utilizan como emulsionantes de agua en aceite también pueden emplearse como desemulsionantes para emulsiones de aceite en agua.

1. Tensioactivos para el tratamiento del agua

Una vez separado el fluido de producción del pozo petrolífero del crudo, el agua producida debe ser tratada para cumplir con los requisitos de reinyección. El tratamiento del agua tiene seis objetivos: inhibición de la corrosión, prevención de incrustaciones, esterilización, eliminación de oxígeno, eliminación de aceite y eliminación de sólidos en suspensión. Por lo tanto, es necesario utilizar inhibidores de corrosión, agentes antiincrustantes, bactericidas, captadores de oxígeno, desengrasantes y floculantes, entre otros. Los siguientes aspectos involucran surfactantes industriales:

Los tensioactivos industriales utilizados como inhibidores de la corrosión incluyen sales de ácido alquilsulfónico, ácido alquilbencenosulfónico, ácido perfluoroalquilsulfónico, sales de aminas alquiladas lineales, sales de amonio cuaternario y sales de alquilpiridina, sales de imidazolina y sus derivados, éteres de alcohol alquílico de polioxietileno, alcohol dialquilpropargílico de polioxietileno, amina de colofonia de polioxietileno, estearilamina de polioxietileno y éteres de alcohol alquílico de polioxietileno, sulfonato de alquilo, diversas sales internas de amonio cuaternario, sales internas de di(polioxietileno)alquilo y sus derivados.

Los tensioactivos utilizados como agentes antiincrustantes incluyen sales de éster de fosfato, sales de éster de sulfato, acetatos, carboxilatos y sus compuestos de polioximetileno. La estabilidad térmica de las sales de éster de sulfonato y de las sales de carboxilato es significativamente mejor que la de las sales de éster de fosfato y de las sales de éster de sulfato.

Los tensioactivos industriales utilizados en fungicidas incluyen sales de alquilamina lineales, sales de amonio cuaternario, sales de alquilpiridinio, sales de imidazolina y sus derivados, diversas sales de amonio cuaternario, sales de di(polioxi)vinil)alquilo y sales internas de sus derivados.

Los tensioactivos industriales utilizados en desengrasantes son principalmente tensioactivos con estructuras ramificadas y grupos ditiocarboxilato de sodio.

10. Tensioactivo para la inyección química de petróleo

La recuperación primaria y secundaria de petróleo permite recuperar entre el 25 % y el 50 % del crudo subterráneo, pero aún queda mucho petróleo que permanece bajo tierra y no puede recuperarse. La recuperación terciaria de petróleo mejora la recuperación. Este método utiliza principalmente la inyección de productos químicos, es decir, la adición de agentes químicos al agua inyectada para aumentar su eficacia. Entre los productos químicos utilizados se encuentran los surfactantes industriales. A continuación, se presenta una breve descripción de los mismos:

El método de inyección química de petróleo que utiliza surfactantes como agente principal se denomina inyección de surfactantes. Los surfactantes desempeñan un papel fundamental en la mejora de la recuperación de petróleo al reducir la tensión interfacial petróleo-agua y aumentar el número de capilares. Dado que la superficie de la formación de arenisca tiene carga negativa, los surfactantes utilizados son principalmente aniónicos, y la mayoría son surfactantes sulfonados. Se elaboran utilizando un agente sulfonante (como el trióxido de azufre) para sulfonar fracciones de petróleo con alto contenido de hidrocarburos aromáticos y, posteriormente, neutralizarlas con un álcali. Sus especificaciones son: sustancia activa 50%-80%, aceite mineral 5%-30%, agua 2%-20%, sulfato de sodio 1%-6%. El sulfonado de petróleo no es resistente a la temperatura, la sal ni a los iones metálicos de alta valencia. Los sulfonatos sintéticos se preparan a partir de los hidrocarburos correspondientes mediante métodos de síntesis específicos. Entre ellos, el sulfonado de α-olefina es particularmente resistente a la sal y a los iones metálicos de alta valencia. Otros surfactantes aniónicos y no iónicos, así como surfactantes carboxilados, también pueden utilizarse para el desplazamiento de petróleo. El desplazamiento de petróleo mediante surfactantes requiere dos tipos de aditivos: uno es un cosurfactante, como isobutanol, éter butílico de dietilenglicol, urea, sulfolano, alquenileno bencenosulfonato, etc., y el otro es un dieléctrico, que incluye sales ácidas y alcalinas, principalmente sales, que pueden reducir la hidrofilicidad del surfactante y aumentar relativamente la lipofilicidad, y también cambiar el valor del equilibrio hidrófilo-lipófilo del agente activo. Para reducir la pérdida de surfactante y mejorar los efectos económicos, la inyección de surfactantes también utiliza sustancias químicas llamadas agentes de sacrificio. Las sustancias que pueden utilizarse como agentes de sacrificio incluyen sustancias alcalinas y ácidos policarboxílicos y sus sales. Los oligómeros y polímeros también pueden utilizarse como agentes de sacrificio. Los lignosulfonatos y sus modificaciones son agentes de sacrificio.

El método de desplazamiento de petróleo que utiliza dos o más agentes químicos principales se denomina inundación compuesta. Este método de desplazamiento de petróleo relacionado con surfactantes incluye: inundación de surfactante y surfactante espesado con polímero; inundación de surfactante mejorada con álcali con álcali + surfactante o inundación alcalina mejorada con surfactante; inundación compuesta basada en elementos con álcali + surfactante + polímero. La inundación compuesta generalmente tiene factores de recuperación más altos que un solo impulso. Según el análisis actual de las tendencias de desarrollo a nivel nacional e internacional, la inundación compuesta ternaria tiene mayores ventajas que la inundación compuesta binaria. Los surfactantes utilizados en la inundación compuesta ternaria son principalmente sulfonatos de petróleo, que generalmente también se utilizan en combinación con ácido sulfúrico, ácido fosfórico y carboxilatos de éteres de alcohol alquílico de polioxietileno, y sales de sodio de alquilsulfonato de alcohol alquílico de polioxietileno, etc., para mejorar su tolerancia a la sal. Recientemente, tanto a nivel nacional como internacional, se ha dado gran importancia a la investigación y el uso de biosurfactantes, como el caldo de fermentación de ramnolípidos y soforolípidos, así como los carboxilatos mixtos naturales y la lignina alcalina, subproducto de la fabricación de papel, entre otros, y se han obtenido excelentes resultados en pruebas de campo y de laboratorio, demostrando un buen efecto de desplazamiento de aceite.