VI ESCUELA DE VERANO Recobro y Productividad: La Agenda para Afrontar la Curva de Declinación de Hidrocarburos en Colombia Medellín, Mayo 2017 Tecnología para Recobro Mejorado basado en la Inyección de Polímero mejorado con Nanopartículas Universidad Nacional de Colombia - Sede Medellín Laboratorio Fenómenos de Superficie - Michael Polanyi 2017

Agenda 1. Introducción 2. Objetivos 3. Metodología 4. Resultados preliminares 5. Conclusiones 6. Trabajos Futuros

Necesidad de Nuevas Tecnologías 1.Introducción Necesidad de Nuevas Tecnologías Incremento demanda global energética Baja tasa de descubrimiento de nuevos depósitos de petróleo Bajos factores de recobro en yacimiento Figura 1. Factor de recobro Colombia. Ecopetrol (2016).

Control de movilidad en yacimiento Factor Clave para el barrido areal 1.Introducción Polímero Control de movilidad en yacimiento Factor Clave para el barrido areal Degradación Biológica Química Física Degradación Bacteriana Degradación Enzimática Hidrólisis Radicales Libres (Oxidación, Reticulación) Mecánico Térmico Irradiación

Degradación del Polímero 1.Introducción Degradación del Polímero Es cualquier proceso mediante el cual se rompe la estructura molecular del polímero Viscosidad Principal propiedad del polímero Puede ser degradado química, mecánica y biologicamente Para usar polímeros en procesos de recobro mejorado sus propiedades deben ser estables y la degradación debe ser prevenida. Así..

¿Qué alternativa se propone? Nanotecnología Alta relación Área Superficial/Volumen Alta Capacidad Adsortiva (Fuerzas de Interacción) Alta movilidad en el medio poroso. Figura 2. Imagen FESEM nanopartículas de sílice

1.Introducción Maghzi et al. (2013) Zhu et al. (2014) Desarrollaron una mezcla de 0.5 g de nanopartículas en 500 ml de solución acuosa conteniendo 0.5 g poliacrilamida, evaluando la disminución de la viscosidad en la solución causado por alto shear rate. Maghzi et al. (2013) Investigaron el comportamiento reológico de polímero en agua con la adición de nanopartículas. Ellos mostraron que la suspension de nanoparticulas tienen un comportamiento nanofluido y el incremento de viscosidad en el Sistema puede ser atribuido principalmente a las propiedades entrecruzantes de las nanopartículas. Zhu et al. (2014) Mostraron que las mezclas de nanoparticulas de sílice con XG and locust bean gum biopolymer (LBG) y su gel combinado (LX) puede alterar las propiedades de la solución favoreciendo el incremento de la viscosidad y la elasticidad. Kennedy at al. (2015) Sintetizaron nanopartículas tipo core-shell compuestas de un polímero como coraza y como núcleo la sílice para EOR en inyección de agua. Estas nanopartículas contribuyen a la reducción de la tensión interfacial y al incremento de la viscosidad, adicionalmente la saturación de aceite se redujo al 30%. Liu et al. (2017)

2. Objetivos

2. Objetivos Desarrollo de un nanofluido/Polímero base acuosa que permita mejorar factores de recobro, reduciendo su degradación 1. Síntesis y modificación de nanopartículas 2. Evaluar el efecto adsortivo sobre las NpS 3. Evaluar el efecto de NpS en viscosidad y estabilidad térmica 4. Evaluar la eficiencia en recobro

Incremento Viscosidad Estabilidad Térmica Mejoramiento Fase Acuosa 2. Objetivos Nanotecnología Incremento Factores de Recobro Producción de Petróleo

Síntesis de Nanoparticulas NANOFLUIDO Modelación del Proceso Pruebas Dinámicas Desplazamiento

3. Metodología

Polímero- Nanopartículas 3. Metodología Polímero- Nanopartículas 1. Poliacrilamida Parcialmente Hidrolizada HPAM Bajo Peso Molecular 2. Nanopartículas de Sílice Comercial, inerte, No reactiva.

Preparación Soluciones Polímero-Np 3. Metodología Preparación Soluciones Polímero-Np -Norma API -Baja agitación -Aislado de luz y calor 70°C 70°C durante - 7 Días 14 Días 21 Días 30 Días … Estabilidad Térmica

Comportamiento Reológico 3. Metodología -Reómetro Kinexus Pro+ (Malvern, United Kingdom) con un sensor doble GAP (DG41) Con shear rate desde 0.001 a 450 s-1 Comportamiento Reológico Modelo de Herschell-Bulkley Modelo de Carreau

3. Metodología Analísis Termogravimétrico Pruebas de Adsorción Para evaluar interacción Np-Polímero Cantidad adsorbida en función de la pérdidas de masa. Agitación 1 2 luego…. -Tiempo para estabilizar la solución Agregar Polímero Agregar Nanopartículas 3 4 5 Centrifugar (Precipitación parte sólida) Secado (A temperature Ambiente) TGA Diferencia entre pérdida de masa

4. Resultados Preliminares

4. Resultados: Adsorción Adsorción Sílice Desorción Sílice Con temperatura disminuye adsorción Proceso adsortivo presenta irreversibilidad Figura 3. Resultados de adsorción con 500 ppm de polímero sobre nanopartículas de sílice.

4. Resultados: Estabilidad Térmica En presencia de Oxígeno Con Np Sílice Sin Np ( 22 Días) ( 14 Días) ( 7Días) ( 7Días) ( 14 Días) ( 22 Días) Con Np es baja la disminución en viscosidad Figura 4. Comportamiento reológico a 500 ppm de polímero a 7, 14 y 22 días en presencia de oxígeno. Figura 5. Comportamiento reológico 500 ppm de polímero con 3000 ppm of Np at 7, 14, y 22 días en presencia de oxígeno.

% de Reducción en Viscosidad 4. Resultados: En presencia de Oxígeno % Reducción de Viscosidad (% de Degradación) % de Reducción en Viscosidad   25°C a 70°C 7 Días a 70°C 14 Días a 70°C 500 ppm Pol. 12,5 71,7 82,3 500 ppm Pol. + 500 ppm NpS 6,7 37,6 56,1 500 ppm Pol. + 1000 ppm NpS 5,2 36,0 49,7 500 ppm Pol. + 2000 ppm NpS 1,7 34,4 50,0 500 ppm Pol. + 3000 ppm NpS 1,8 29,6 49,6 Tabla 1. Porcentajes de reducción en viscosidad en presencia de oxígeno

La presencia de oxígeno es un factor importante en degradación. 4. Resultados: Estabilidad Térmica En Ausencia de Oxígeno ( 7 Días) ( 0 Días) ( 14 Días) Con Np Sílice Sin Np ( 14 Días) ( 7 Días) ( 0 Días) La presencia de oxígeno es un factor importante en degradación. Figura 6. Comportamiento reológico 500 ppm of polímero a 7 y 14 días en ausencia de oxígeno. Figura 7. Comportamiento reológico 500 ppm de polímero con 3000 ppm de NpS a 7 y 14 días en ausencia de oxígeno.

% de Reducción en Viscosidad 4. Resultados: En Ausencia de Oxígeno % Reducción de Viscosidad (% de Degradación) % de Reducción en Viscosidad   7 Días a 70°C 15 Días a 70°C 500 ppm Pol. 65,5 75,9 500 ppm Pol. + 500 ppm NpS 16,0 20,9 500 ppm Pol. + 1000 ppm NpS 6,4 16,7 500 ppm Pol. + 3000 ppm NpS 4,5 11,5 Tabla 2. Porcentajes de reducción en viscosidad en ausencia de oxígeno

4. Resultados: Comparación % Reducción de Viscosidad (% De Degradación a 14 Días) SIN Nanopartículas CON Nanopartículas de Sílice En presencia de Oxigeno En Ausencia de Oxigeno 82,3 % 49,6 % 11,5 %

5. Conclusiones Hipótesis Las nanopartículas actúan como un entrecruzante con el polímero favoreciendo su interacción, formando una red mas integrada en el sistema reduciendo los procesos degradativos, aumentando su estabilidad. Las nanopartículas actúan como centro de nucleación en la matriz del polímero permitiendo el aumento de la viscosidad con una reducción en la cantidad de polímero.

6. Futuros Trabajos Otros Efectos Alto Peso Molecular Floopam 3430 Floopam 3530 Floopam 3630 Alto Peso Molecular Copolímeros Humectabilidad Core-Shell Naturaleza Química Sales Iones Disueltos (Fe +2, Fe +3) Otros Efectos

¿Preguntas?