Aplicación de surfactantes en la producción de yacimientos petrolíferos.

1.Tensioactivosutilizado paraextracción de petróleo pesado

Debido a la alta viscosidad y la escasa fluidez del petróleo pesado, su explotación presenta numerosas dificultades. Para extraerlo, a veces se inyectan soluciones acuosas de surfactantes en el pozo para convertirlo en emulsiones de aceite en agua de baja viscosidad, que posteriormente se bombean a la superficie. Entre los surfactantes utilizados en este método de emulsificación y reducción de la viscosidad del petróleo pesado se incluyen el alquilsulfonato de sodio, el éter de alcohol alquílico de polioxietileno, el éter de fenol alquílico de polioxietileno, la poliamina de polioxietileno polioxipropileno polieno, el sulfato de éter de alcohol alquílico de polioxietileno de sodio, etc. Para las emulsiones de aceite en agua producidas, es necesario separar el agua, y algunos surfactantes industriales también se utilizan como desemulsionantes para la deshidratación. Estos desemulsionantes son emulsionantes de agua en aceite. Los más comunes son los surfactantes catiónicos, los ácidos nafténicos, los ácidos asfálticos y sus sales de metales polivalentes. El petróleo pesado especial no puede ser explotado por unidades de bombeo convencionales y requiere inyección de vapor para recuperación térmica. Para mejorar el efecto de la recuperación térmica, es necesario utilizar surfactantes. La inyección de espuma en el pozo de inyección de vapor, es decir, la inyección de agentes espumantes resistentes a altas temperaturas y gases no condensables, es uno de los métodos de preparación comúnmente utilizados. Los agentes espumantes comúnmente utilizados son los sulfonatos de alquilbenceno,α-sulfonatos de olefina, sulfonatos de petróleo, éteres de alcohol alquílico de polioxietileno sulfoalquilados y éteres de fenol alquílico de polioxietileno sulfoalquilados, etc. Dado que los surfactantes fluorados tienen alta actividad superficial y son estables a ácidos, álcalis, oxígeno, calor y aceite, son agentes espumantes ideales para altas temperaturas. Para que el petróleo disperso pase fácilmente a través de la estructura de garganta de poro de la formación o para que el petróleo en la superficie de la formación se desplace fácilmente, se necesitan surfactantes llamados agentes difusores de película, y los más utilizados son los surfactantes de polímero de resina fenólica oxialquilada.

2.Tensioactivos para la extracción de petróleo crudo ceroso

Al extraer petróleo crudo parafínico, es necesario realizar con frecuencia labores de prevención y eliminación de parafina. Los surfactantes se utilizan como inhibidores y removedores de parafina. Entre los surfactantes utilizados para la prevención de la parafina se incluyen los surfactantes liposolubles y los hidrosolubles. Los primeros ejercen un efecto preventivo al modificar las propiedades de la superficie de los cristales de parafina. Los surfactantes liposolubles más comunes son los sulfonatos de petróleo y los surfactantes de tipo amina. Los surfactantes hidrosolubles previenen la formación de parafina al alterar las propiedades de las superficies donde se deposita (como las superficies de las tuberías, las varillas de bombeo y los equipos). Entre los tensioactivos disponibles se incluyen los alquilsulfonatos de sodio, las sales de amonio cuaternario, los éteres de polioxietileno de alcano, los éteres de polioxietileno de hidrocarburos aromáticos y sus sales de sulfonato de sodio, etc. Los tensioactivos utilizados para la eliminación de cera también se dividen en dos categorías: los liposolubles se utilizan en los desparafinadores a base de aceite, y los hidrosolubles, como los de tipo sulfonato, de sal de amonio cuaternario, de tipo poliéter, de tipo Tween, de tipo OP, así como los tensioactivos de tipo Peregal y OP esterificados o sulfoalquilados, se utilizan en los desparafinadores a base de agua. En los últimos años, tanto a nivel nacional como internacional, la eliminación y la prevención de la cera se han combinado orgánicamente, y los desparafinadores a base de aceite y a base de agua también se han combinado orgánicamente para producir desparafinadores de tipo mixto. Este tipo de desparafinador utiliza hidrocarburos aromáticos e hidrocarburos aromáticos mixtos como fase oleosa, y emulsionantes con efectos de eliminación de cera como fase acuosa. Cuando el emulsionante seleccionado es un tensioactivo no iónico con un punto de enturbiamiento adecuado, puede alcanzar o superar dicho punto a la temperatura inferior a la de la sección de deposición de cera del pozo petrolífero, lo que provoca que el removedor de cera de tipo mixto se desmulsifique antes de entrar en dicha sección, separándose en dos tipos de removedores de cera que ejercen simultáneamente el efecto de eliminación de cera.

3.Tensioactivos utilizados en arcilla estable

La estabilización de la arcilla implica dos aspectos: prevenir la hinchazón de los minerales arcillosos y evitar la migración de sus partículas. Para prevenir la hinchazón, se pueden utilizar tensioactivos catiónicos como las sales de amina, de amonio cuaternario, de piridina y de imidazolina. Para evitar la migración de las partículas de los minerales arcillosos, se pueden utilizar tensioactivos catiónicos no iónicos que contienen flúor.

4.Tensioactivos utilizados en medidas de acidificación

Para potenciar el efecto acidificante, generalmente es necesario añadir diversos aditivos a la solución ácida. Cualquier tensioactivo compatible con la solución ácida y fácilmente adsorbido por la misma puede utilizarse como retardador de la acidificación. Entre los tensioactivos catiónicos se incluyen los hidrocloruros de aminas grasas, las sales de amonio cuaternario y las sales de piridinio, así como los éteres de alquilfenol de polioxietileno sulfonados, carboximetilados, fosfatados esterificados o sulfatados esterificados, entre los tensioactivos anfotéricos. Algunos tensioactivos, como el ácido dodecilsulfónico y sus sales de alquilamina, pueden emulsionar la solución ácida en aceite para formar una emulsión de ácido en aceite, que, al utilizarse como fluido de trabajo acidificante, también actúa como retardador.

Algunos tensioactivos pueden actuar como desemulsionantes para la acidificación de fluidos. Los tensioactivos con estructuras ramificadas, como el éter de propilenglicol de polioxietileno-polioxipropileno y la pentaetilenohexamina de polioxietileno-polioxipropileno, pueden funcionar como desemulsionantes acidificantes.

Ciertos tensioactivos pueden utilizarse como aditivos para la limpieza de ácidos residuales, entre ellos los tensioactivos de tipo sal de amina, de tipo sal de amonio cuaternario, de tipo sal de piridinio, no iónicos, anfotéricos y fluorados.

Algunos tensioactivos actúan como inhibidores de la acidificación de lodos, como los tensioactivos liposolubles, por ejemplo, los alquilfenoles, los ácidos grasos, los ácidos alquilbencenosulfónicos y las sales de amonio cuaternario. Debido a su baja solubilidad en ácido, se pueden utilizar tensioactivos no iónicos para dispersarlos en la solución ácida.

Para mejorar el efecto acidificante, es necesario añadir modificadores de humectabilidad a la solución ácida para revertir la humectabilidad de la zona cercana al pozo, pasando de oleofílica a hidrófila. Mezclas como el éter de alcohol alquílico de polioxietileno-polioxipropileno y el éter de alcohol alquílico de polioxietileno-polioxipropileno esterificado con fosfato son adsorbidas por la formación como capa de adsorción primaria, logrando así la reversión de la humectabilidad.

Además, algunos tensioactivos, como los hidrocloruros de aminas grasas, las sales de amonio cuaternario o los tensioactivos no iónicos-aniónicos, se utilizan como agentes espumantes para preparar fluidos de trabajo ácidos espumosos, que logran retardar la reacción, inhibir la corrosión y acidificar formaciones profundas. Alternativamente, estas espumas pueden utilizarse como pre-amortiguadores para la acidificación: tras inyectarse en la formación, se inyecta posteriormente la solución ácida. El efecto Jamin generado por las burbujas en la espuma puede desviar la solución ácida, obligándola a disolver principalmente las capas de baja permeabilidad y, por lo tanto, mejorando el efecto de acidificación.

5.Tensioactivos utilizados en medidas de fracturación

Las medidas de fracturación se aplican frecuentemente en yacimientos petrolíferos de baja permeabilidad. Consisten en aplicar presión para fracturar la formación, creando grietas y reforzándolas con apuntalantes para reducir la resistencia al flujo de fluidos, logrando así el objetivo de aumentar la producción y la inyección. Algunos fluidos de fracturación se formulan con surfactantes como uno de sus componentes. Los fluidos de fracturación de aceite en agua se preparan a partir de agua, aceite y emulsionantes. Los emulsionantes utilizados incluyen surfactantes iónicos, no iónicos y anfotéricos. Si se utiliza agua espesada como fase externa y aceite como fase interna, se puede formular un fluido de fracturación de aceite espesado en agua (emulsión polimérica). Este tipo de fluido de fracturación se puede utilizar a temperaturas inferiores a 160 °C y puede desemulsionar y descargar fluidos automáticamente. Los fluidos de fracturación espumosos son aquellos que tienen agua como medio de dispersión y gas como fase dispersa, cuyos componentes principales son agua, gas y agentes espumantes. Los sulfonatos de alquilo, los sulfonatos de alquilbenceno, los ésteres de sulfato de alquilo, las sales de amonio cuaternario y los tensioactivos de tipo OP pueden utilizarse como agentes espumantes. La concentración de agentes espumantes 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. Los fluidos de fracturación a base de aceite se formulan utilizando aceite como disolvente o medio de dispersión. Los aceites más utilizados en aplicaciones de campo son el petróleo crudo o sus fracciones pesadas. Para mejorar su comportamiento viscosidad-temperatura, es necesario añadir sulfonatos de petróleo solubles en aceite (con un peso molecular de 300 a 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. El primero utiliza tensioactivos aniónicos, catiónicos y no iónicos solubles en aceite como emulsionantes, mientras que el segundo utiliza tensioactivos poliméricos que contienen flúor como estabilizadores de espuma. Los fluidos de fracturación para formaciones sensibles al agua son emulsiones o espumas formuladas con una mezcla de alcoholes (como el etilenglicol) y aceites (como el queroseno) como medio de dispersión, dióxido de carbono líquido como fase dispersa y éteres de alcohol alquílico de polioxietileno sulfatado como emulsionantes o agentes espumantes, utilizados para la fracturación de formaciones sensibles al agua. Los fluidos de fracturación para la acidificación de fracturas sirven como fluidos de fracturación y de acidificación, utilizados en formaciones carbonatadas donde ambas medidas se llevan a cabo simultáneamente. Los relacionados con los tensioactivos son las espumas ácidas y las emulsiones ácidas; el primero utiliza alquilsulfonatos o alquilbencenosulfonatos como agentes espumantes, y el segundo utiliza tensioactivos de tipo sulfonato como emulsionantes. Al igual que los fluidos acidificantes, los fluidos de fracturación también utilizan tensioactivos como desemulsionantes, aditivos de limpieza y agentes para revertir la humectabilidad, aspectos que no se detallarán aquí.

6.Tensioactivos utilizados en medidas de control de perfil y taponamiento de agua.

Para mejorar la efectividad del desarrollo de la inyección de agua e inhibir la tasa de aumento del contenido de agua en el petróleo crudo, es necesario ajustar el perfil de absorción de agua en los pozos de inyección e implementar medidas de taponamiento de agua en los pozos de producción como métodos de estimulación. Algunos de estos métodos de control de perfil y taponamiento de agua suelen utilizar ciertos surfactantes. El agente de control de perfil de gel HPC/SDS se prepara mezclando 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 fluidos de trabajo, que se inyectan sucesivamente en la formación. Los dos fluidos de trabajo se encuentran en la formación, produciendo precipitados de alquilsulfito de alquiltrimetilamina, que bloquean las capas de alta permeabilidad. El éter de alquilfenol de polioxietileno, el alquil arilsulfonato, etc., pueden utilizarse como agentes espumantes. Se disuelven en agua para preparar un fluido de trabajo, que luego se inyecta alternativamente en la formación con un fluido de trabajo de dióxido de carbono líquido. Esto genera espuma en la formación (principalmente en capas de alta permeabilidad), provocando bloqueo y logrando el efecto de control de perfil. Se utiliza un surfactante de tipo sal de amonio cuaternario como agente espumante, disuelto en un sol de sílice preparado a partir de sulfato de amonio y silicato de sodio, e inyectado en la formación. Luego, se inyecta gas no condensable (gas natural o cloro), que primero genera espuma con el líquido como medio de dispersión en la formación, y luego el sol de sílice gelifica para producir espuma con el sólido como medio de dispersión, bloqueando así las capas de alta permeabilidad y logrando el control de perfil. Utilizando surfactantes de tipo sulfonato como agentes espumantes y compuestos de alto peso molecular como agentes espesantes y estabilizadores de espuma, seguidos de la inyección de gas o sustancias generadoras de gas, se genera espuma a base de agua en la superficie o en la formación. En la capa de petróleo, una gran cantidad de surfactante se desplaza a la interfaz petróleo-agua, provocando la ruptura de la espuma, por lo que no bloquea la capa de petróleo y es un agente de taponamiento selectivo de agua en pozos petroleros. El agente de obturación de cemento a base de aceite es una suspensión de cemento en aceite. La superficie del cemento es hidrófila. Cuando entra en la capa productora de agua, el agua desplaza el aceite de la superficie del cemento y reacciona con él, provocando que el cemento se solidifique y bloquee la capa productora de agua. Para mejorar la fluidez de este agente de obturación, se suelen añadir tensioactivos de tipo carboxilato y sulfonato. El agente de obturación de fluido micelar a base de agua es una solución micelar compuesta principalmente de sulfonato de petróleo amónico, hidrocarburos, alcoholes, etc. Cuando encuentra agua altamente salina en la formación, puede volverse viscoso para lograr el efecto de obturación. Los agentes de obturación de solución de tensioactivo catiónico a base de agua o aceite, que se componen principalmente de tensioactivos de alquilcarboxilato y cloruro de alquilamonio, solo son aplicables a formaciones de arenisca. El agente de obturación de petróleo pesado activo es petróleo pesado disuelto con emulsionantes de agua en aceite. Al entrar en contacto con agua en la formación, produce una emulsión de agua en aceite de alta viscosidad que logra el taponamiento por agua. El agente de taponamiento de aceite en agua se prepara emulsionando petróleo pesado en agua utilizando tensioactivos catiónicos como emulsionantes de aceite en agua.

7.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 de prelavado para limpiar previamente la formación y así mejorar el efecto de control de arena. La mayoría de los surfactantes que se utilizan actualmente son surfactantes aniónicos.

8.Tensioactivos para la deshidratación del petróleo crudo

En las etapas primaria y secundaria de recuperación de petróleo, se utilizan principalmente desemulsionantes de agua en aceite para el crudo producido. Se han desarrollado tres generaciones de productos. La primera generación incluye carboxilatos, sulfatos y sulfonatos. La segunda generación consiste en surfactantes no iónicos de bajo peso molecular como OP, Pegosperse y aceite de ricino sulfonado. La tercera generación son surfactantes no iónicos de alto peso molecular. En la etapa final de recuperación secundaria y en la etapa terciaria de recuperación de petróleo, el crudo producido existe principalmente en forma de emulsiones de aceite en agua. Se utilizan cuatro tipos de desemulsionantes, como el cloruro de tetradeciltrimetilamonio y el cloruro de didecildimetilamonio. Estos pueden reaccionar con emulsionantes aniónicos para cambiar su valor de equilibrio hidrófilo-lipófilo, o adsorberse en la superficie de partículas de arcilla hidrófilas para cambiar su humectabilidad y romper la emulsión de aceite en agua. Además, algunos tensioactivos aniónicos que pueden actuar como emulsionantes de agua en aceite y los tensioactivos no iónicos solubles en aceite también pueden utilizarse como desemulsionantes para emulsiones de aceite en agua.

9.Tensioactivos para el tratamiento del agua

Tras separar el petróleo crudo del fluido producido en un pozo, el agua resultante debe ser tratada para cumplir con los requisitos de reinyección. El tratamiento del agua abarca seis aspectos: inhibición de la corrosión, prevención de incrustaciones, esterilización, desoxigenación, eliminación de petróleo y eliminación de sólidos suspendidos. Por lo tanto, se utilizan inhibidores de corrosión, inhibidores de incrustaciones, bactericidas, desoxidantes, removedores de petróleo, floculantes, etc. Los surfactantes industriales involucrados son los siguientes:

Los tensioactivos industriales utilizados como inhibidores de la corrosión incluyen sales de ácidos alquilsulfónicos, ácidos alquilbencenosulfónicos, ácidos perfluoroalquilsulfónicos, sales de alquilaminas de cadena lineal, sales de amonio cuaternario, sales de alquilpiridinio, sales de imidazolinas y sus derivados, éteres de alcohol alquílico de polioxietileno, dialquilpropinoles de polioxietileno, aminas de colofonia de polioxietileno, aminas estearílicas de polioxietileno, alquilsulfonatos de éter de alcohol alquílico de polioxietileno, diversas sales internas de aminoácidos cuaternarios y sales internas de alquilos de bis(polioxietileno) y sus derivados. Los tensioactivos utilizados como inhibidores de incrustaciones incluyen ésteres de fosfato, ésteres de sulfato, acetatos, carboxilatos y sus compuestos de polioxietileno. La estabilidad térmica de los ésteres de sulfonato y los carboxilatos es significativamente mejor que la de los ésteres de fosfato y los ésteres de sulfato. Los tensioactivos industriales utilizados como bactericidas incluyen sales de aminas alquílicas de cadena lineal, sales de amonio cuaternario, sales de alquilpiridinio, sales de imidazolinas y sus derivados, diversas sales internas de amonio cuaternario y sales internas de alquilos de bis(polioxietileno) y sus derivados. Los tensioactivos industriales utilizados como desengrasantes son principalmente aquellos con una estructura ramificada y que contienen grupos ditiocarboxilato de sodio.

10.Tensioactivos para la inyección química en la recuperación de petróleo

La recuperación primaria y secundaria de petróleo puede extraer entre el 25% y el 50% del petróleo crudo subterráneo, quedando una gran cantidad de petróleo crudo bajo tierra que no puede extraerse. La recuperación terciaria de petróleo puede mejorar la eficiencia de la recuperación. La recuperación terciaria de petróleo adopta principalmente métodos de inundación química, es decir, agregar algunos productos químicos al agua inyectada para mejorar la eficiencia de la inundación de agua. Entre los productos químicos utilizados, algunos pertenecen a los surfactantes industriales, y sus condiciones se presentan brevemente a continuación: El método de inundación química con surfactante como agente principal se llama inundación de surfactante. Los surfactantes juegan principalmente un papel en la mejora de la recuperación de petróleo al reducir la tensión interfacial petróleo-agua y aumentar el número capilar. Dado que la superficie de las formaciones de arenisca está cargada negativamente, los surfactantes utilizados son principalmente surfactantes aniónicos, y la mayoría de ellos son surfactantes sulfonados. Se hacen sulfonando fracciones de petróleo con alto contenido de hidrocarburos aromáticos usando agentes sulfonantes (como el trióxido de azufre) y luego neutralizándolos con álcali. Sus especificaciones: ingrediente activo 50% – 80%, aceite mineral 5% – 30%, agua 2% – 20%, sulfato de sodio 1% – 6%. Los sulfonatos de petróleo son resistentes a altas temperaturas pero no a la sal ni a los iones metálicos de alta valencia. Los sulfonatos sintéticos se preparan a partir de los hidrocarburos correspondientes utilizando los métodos de síntesis correspondientes. Entre ellos, los sulfonatos de α-olefina son particularmente resistentes a la sal y a los iones metálicos de alta valencia. Además, algunos surfactantes aniónicos-no iónicos y surfactantes carboxilados también pueden utilizarse para la inundación de petróleo. La inundación de surfactantes requiere dos tipos de aditivos: uno son los cosurfactantes, como isobutanol, éter butílico de dietilenglicol, urea, sulfolano, sulfonatos de alquenilbenceno, etc.; el otro son los electrolitos, incluidos ácidos, álcalis y sales, principalmente sales. Pueden reducir la hidrofilicidad de los surfactantes, aumentar relativamente la lipofilicidad y también funcionar cambiando el valor del equilibrio hidrófilo-lipófilo de los surfactantes. Para reducir la pérdida de surfactantes y mejorar la eficiencia económica, la inyección de surfactantes también utiliza sustancias químicas llamadas agentes de sacrificio. Las sustancias que pueden usarse como agentes de sacrificio incluyen sustancias alcalinas, ácidos policarboxílicos y sus sales, oligómeros y polímeros también pueden usarse como agentes de sacrificio, y los lignosulfonatos y sus productos modificados son un tipo de agente de sacrificio. El método de inyección de petróleo que utiliza dos o más agentes principales para la inyección química de petróleo se llama inyección compuesta. Dichos métodos de inyección de petróleo relacionados con surfactantes incluyen: surfactante + polímero para inyección de surfactante espesado; álcali + surfactante para inyección de surfactante mejorada con álcali o inyección de álcali mejorada con surfactante; álcali + surfactante + polímero para inyección compuesta ternaria. La inyección compuesta generalmente tiene una recuperación de petróleo más alta que la inyección simple. Según el análisis de las tendencias de desarrollo actuales a nivel nacional e internacional, la inundación compuesta ternaria presenta mayores ventajas que la inundación compuesta binaria. Los surfactantes utilizados en la inundación compuesta ternaria son principalmente sulfonatos de petróleo, que generalmente se combinan con ácido sulfúrico, ácido fosfórico y carboxilato de éter de alcohol alquílico de polioxietileno, alquilsulfonato de alcohol alquílico de sodio, etc., para mejorar su resistencia a la salinidad. Recientemente, tanto a nivel nacional como internacional, se ha dado importancia a la investigación y el uso de biosurfactantes, como ramnolípidos, caldos de fermentación de soforolípidos, así como carboxilatos mixtos naturales y lignina alcalina, subproducto de la fabricación de papel, etc., que han demostrado buenos resultados en la inundación de petróleo en pruebas de campo y laboratorio.