en la Recuperación Mejorada Inyección de Polímeros

Presentación del tema: "en la Recuperación Mejorada Inyección de Polímeros"— Transcripción de la presentación:

1 en la Recuperación Mejorada Inyección de Polímeros
Calidad del Agua en la Recuperación Mejorada de Petróleo mediante la Inyección de Polímeros

2 SNF Floerger en el mundo
Clientes Sirve a mas de usuarios finales  Servicios en 130 países Producción consolidada (100% materia activa): 310 kt Cantidad de facilidades de producción: 18 Personal a nivel mundial: 2.750

3 Proyectos EOR SNF Floerger esta involucrada en mas de 100 proyectos de recuperación mejorada con polímeros

4 Costo de los Polímeros El desarrollo de productos y métodos de fabricación ha modificado sensiblemente los costos de los polímeros: El conocimiento de los polímeros es un proceso que ha avanzado y es continuo, lográndose costos de solución inyectada compatibles con los resultados técnicos de su aplicación.

5 Esquema de la Inyección de Polímeros
La utilización de polímeros para viscosificar agua de inyección y lograr una mejor relación de movilidad agua petróleo es hoy una tecnología de aplicación posible, y de hecho hay numerosos proyectos en operación. Esta mejora en el barrido se traduce en un incremento de la recuperación del crudo original en formación, y por ende de las reservas .

6 Relación de Movilidad:
Razón de Movilidad Movilidad: Relación de Movilidad: Donde: k = permeabilidad efectiva m = viscosidad

7 Eficiencia de Barrido Fracción del volumen poral contactado por el fluído inyectado Ev = Ea*Ei Donde: Ev = Eficiencia Volumétrica de Barrido Ea = Eficiencia Areal de Barrido Ei = Eficiencia Vertical de Barrido

8 Eficiencia Vertical de Barrido
La inyección de polímeros incrementa la eficiencia volumétrica de barrido en reservorios heterogeneos

9 Eficiencia Areal de Barrido
La inyección de polimeros incrementa la eficiencia de barrido areal al viscosificar el agua y reducir el adedamiento (“fingering”) <<< Polymer injection with improved mobility ratio <<< Water injection with poor mobility ratio

10 Calidad de Agua Introducción
Revisamos los aspectos químicos que influyen en la degradación de los polímeros usados en recuperación mejorada y su impacto en la viscosidad, relacionados principalmente con la calidad y tratamiento del agua utilizada.

11 Calidad de Agua Contenido Degradación Química Variables a Analizar
Medios de Control Efecto del Exceso de Sulfito o Bisulfito Variables a Considerar en las Aguas de Reposición Consideraciones para Análisis de Laboratorio Bibliografía

12 Calidad de Agua Degradación
Si bien la disolución de los polímeros en agua incrementa la viscosidad de esta, hay causales de reducción de la viscosidad, por: Degradación Mecánica Degradación Química The mechanical degradation is generated directly at the injection point. The chemical degradation happens a few hours after injection and polymer solution is then stable. The mechanism of chemical degradation is the formation of free radicals that cut the chain

13 Variables a Analizar y/o Considerar
Calidad de Agua Variables a Analizar y/o Considerar Salinidad Sólidos en Suspensión pH Dureza Oxígeno / Hierro Sulfuro Bacterias Radicales Libres

14 Calidad de Agua Salinidad
Independientemente del tipo de polímero la salinidad afecta negativamente a la viscosidad. A mayor salinidad menor viscosidad final de la solución de polímeros.

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16 Calidad de Agua Sólidos en Suspensión
Los sólidos en suspensión, afectan principalmente la inyectividad del agua al reservorio. Los sólidos en suspensión no afectan a la viscosidad de la solución de forma significativa. Pueden ser: Provenientes del propio sistema: hidrocarburos, arena, etc. Generados: sulfuros de hierro, limos bacteriales, óxidos, carbonatos de calcio, etc. Salvo el caso de sólidos compuestos por hierro o sulfuros, que pueden degradar químicamente el polímero

17 Sólidos en Suspensión (cont.)
Calidad de Agua Sólidos en Suspensión (cont.) No se observa efecto alguno sobre la viscosidad en concentraciones de crudo en agua de 50 y 200 ppm

18 Calidad de Agua pH El pH favorece la hidrólisis de los polímeros. Esto trae aparejado normalmente un leve incremento de la viscosidad y un mayor riesgo de precipitación con sales de dureza. Los polímeros modifican la viscosidad de un líquido debido a su alto peso molecular. Además de los enredos entre cadenas y las interacciones polímero-solvente. El volumen que ocupa el polímero en solución se denomina Volumen Hidrodinámico. Hidrólisis de los grupos amido (caso poliacrilamidas, PHPA) por efecto del pH

19 Calidad de Agua Dureza Las sales di y trivalentes de Ca, Mg, Ba, etc. actúan principalmente disminuyendo la viscosidad y eventualmente ocasionando precipitación La precipitación conlleva también a una reducción en la viscosidad de la solución y además favorecer el taponamiento de la formación. Se puede entrecruzar sitios activos de la molécula o entre moléculas del polímero.

20 Calidad de Agua Oxígeno / Hierro
El O2, a niveles superiores a 20 ppb, provoca la degradación química de los polímeros. Esta reacción esta fuertemente catalizada por Fe y sulfuros, y otros elementos o compuestos que puedan generar radicales libres. El Fe, normalmente presente en las aguas por efecto de la corrosión, cataliza la reacción de degradación química de los polímeros, en presencia de trazas de oxigeno. Actualmente se ha fijado un limite de 2 ppm como máximo y adecuado para este elemento. El oxigeno también provoca degradación de la calidad del crudo.

21 Al aumentar el peso molecular la degradación es mayor (perdidad de viscosidad)

22 Bacterias sulfatoreductoras
Calidad de Agua Radicales Libres En general los radicales libres, se generan por la combinación de otros elementos presentes en el agua, por ejemplo reacciones de oxido-reducción. La generación de radicales libres se asaocia tambien al proceso de fabricación misma de los polímeros. Oxidantes Reductores O2 H2S Fe2+, Fe3+ Secuestrantes (HSO3-) cloritos Bacterias sulfatoreductoras Peroxidos NH3

23 Calidad de Agua Sulfuro
Los sulfuros (S2-), al igual que el hierro, catalizan la formación de radicales libres y la degradación química de las soluciones de polímeros. Un exceso de sulfito (SO3=) puede llevar al mismo mecanismo, razón por la cual debe llevarse un control de la cantidad de secuestrante de oxigeno utilizado y de su exceso.

24 Calidad de Agua Bacterias
Las bacterias en general tienen dificultad en utilizar los polímeros en su estado inicial como fuente de carbono. A medida que los polímeros se degradan por causas químicas y mecánicas, generan cadenas cortas de fácil utilización por las bacterias, por lo que posible observar desarrollos bacteriológicos. Esto también depende de otros factores, tales como temperatura, tipo y cantidad de población bacterial contaminante, presencia de otros nutrientes (N2, etc.)

25 Calidad de Agua Métodos de Control Salinidad Uso de agua dulce
Osmosis inversa Sólidos en Suspensión Clarificación Flitración Secuestrantes Inhibidores Bacterias Bactericidas en continuo y en “bach” SALINIDAD: Cuando es posible la utilización de aguas dulces, ello favorecerá la economía del proyecto. Existen métodos como osmosis inversa que pueden mejorar la calidad de agua en este aspecto, pero hoy esta tecnología es aplicable en forma económica a aguas libre de hidrocarburos, por ejemplo agua de mar, o napas salinas. SOLIDOS EN SUSPENSION: Tanto el natural como el generado pueden ser controlados en principio por una adecuada CLARIFICACION del agua, y deben de serlo desde el punto de vista de INYECTIVIDAD. Los solidos GENERADOS pueden ser controlados mediante la dosificación de productos adecuados. La generación de hierro, producto de corrosión, es de por si un factor económico significativo en la operación de una explotación petrolera. Los sulfuros generados son producto de desarrollos bacteriales y también pueden ser controlados mediante técnicas físicas y químicas. Sobre esto ampliaremos en BACTERIAS BACTERIAS:

26 Métodos de Control (cont.)
Calidad de Agua Métodos de Control (cont.) Oxígeno Desoxigenación mecánica por vacío Ambiente inerte con N2 o Gas Natural Secuestrantes Hierro Oxidación/precipitación/filtración Secuestrantes especificos Sulfuros Radicales Libres Estabilizantes / secuestrantes de Fe /Secuestrantes de O2 OXÍGENO: El control del oxigeno se logra por medido físicos y químicos. Dentro de los primeros un diseño de ingeniería que evite la contaminación del fluido con aire. En caso de agua con alto contenido de oxigeno, la desoxigenación mecánica por vacío es obligatoria. A los métodos mecánicos se suma el control químico, el cual siempre debe preveerse, ya que la presencia de oxigeno afecta tanto a la estabilidad del polímero como por la calidad del crudo, y a los problemas de corrosión. A partir del punto de control químico se sugiere mantener al sistema bajo manto de gas inerte (Gas natural, Nitrogeno) HIERRO: Este compuesto se presenta en las aguas normalmente por generación por corrosión. El control de la corrosión será el método primario. Puede también procederse a su eliminación del medio por oxidación y precipitación/filtración, debiendo en este caso tenerse especial cuidado de eliminar los oxidantes en exceso pues afectan a la estabilidad del polímero. El uso de SECUESTRANTES ha demostrado tambien ser efectivo, pero su costo es proporcional a la contaminación presente, por lo que normalmente se aplican solo en caso de bajos niveles de contaminación. Algunos compuestos tradicionales para el control de hierro, tal como el EDTA, producen el efecto contrario, actuando como des estabilizantes, por ello debe seleccionarse con precaución el producto para esta aplicación SULFUROS: Este compuesto se presenta en las aguas normalmente por generación bacterial. EL control bacterial desde origen será el método primario. Puede también procederse a su eliminación del medio por oxidación y precioitación/filtración, debiendo en este caso tenerse especial cuidado de eliminar los oxidantes en exceso pues afectan a la estabilidad del polímero. El uso de SECUESTRANTES ha demostrado también ser efectivo, pero su costo es proporcional a la contaminación presente, por lo que normalmente se aplican solo en caso de bajos niveles de contaminación. RADICALES LIBRES: Los radicales libres pueden ser controlados por paquetes de aditivos supresores de radicales libres, combinación de agentes de sacrificio con supresores de radicales libres, conocidos como ESTABILIZANTES. Una Combinación conocida es IPA con TIOUREA.

27 Efecto del Exceso de Sulfito o Bisulfito
Calidad de Agua Efecto del Exceso de Sulfito o Bisulfito HSO3- + Fe3+  HSO3° + Fe2+ ó SO Fe 3+ SO3 ° + Fe 2+ SO H  HSO3 ° Catalizado por ácido y HSO O2  HSO5 Los radicales producidos (HSO3 y HSO5), son iniciadores si existe presencia de sulfito y oxígeno. HSO5 + SO H2O  2HSO OH° SO OH-  SO OH- SO H+  HSO3 ° HSO3, HSO5, and OH- también sirven como propagadores de la cadena The above discussion indicates a dilemma in that polymer solutions of polyacrylamides must be oxygen free for stability but the reducing agents used to achieve this can cause polymer degradation. The resolution of this problem is to add reducing agents well before dissolving the polymer, thus removing oxygen early in the process. A further precaution is to keep excess oxygen scavenger to a minimum, preferably only 1 to 2 ppm. Typically most chemical treating companies use excessive treatment levels to ensure that the oxygen is eliminated. Efforts should be made to monitor the corrosion coupons closely and reduce the treatment levels of sodium sulfite or ammonium bisulfite to an absolute minimum.

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29 Variables a considerar en las aguas de reposición
Calidad de Agua Variables a considerar en las aguas de reposición Aparte de los anteriores verificar y vigilar: Conc. de Hierro (< 2 ppm) Nivel de Oxígeno Conc. iones divalentes (Ca, Mg, Ba , Sr, etc.) Conc. de H2S Conc. de petróleo (< 2 ppm o norma ambiental)* Nivel de solubilidad (hidratación) de la solución de polímeros a temperatura ambiental *problemas de inyectividad

30 Consideraciones para Análisis de Laboratorio
Calidad de Agua Consideraciones para Análisis de Laboratorio Agua Sintética vs Agua de Campo Analice las aguas disponibles en el campo para determinar que fuente de agua puede ser la mejor para el proyecto: menor salinidad, menor dureza, etc.. Obtenga varias muestras y analice en ellas los sólidos disueltos y determine “in situ”: H2S, Fe y O2. Convenga una formulación de agua sintética equivalente, para realizar los análisis de laboratorio con polímeros. Los estudios deben efectuarse en condiciones anaeróbicas.

31 Calidad de Agua Guía de Procedimiento para Evaluación de Polímeros

32 Calidad de Agua Caso Historico I Influencia del O2
En un sistema con un ingreso de oxigeno del orden de 1 ppm, la degradación química por este factor reducía la viscosidad de la solución de 25 cp a menos de 5 cp en el termino de horas. Se hicieron pruebas de laboratorio con secuestrantes de oxígeno (bisulfito de amonio) que al llevarlos al campo se logró incrementar la viscosidad del fluido de las 5 cp a un promedio de 19 cp.

33 Calidad de Agua Caso Historico II Influencia del O2
En un sistema con control de oxigeno por adición de secuestrante, se observa una deficiencia en la viscosidad lograda, la cual se mantiene muy por debajo del objetivo. Se efectúan los controles de dosis y de residual de oxigeno, observándose una deficiencia en el control (valores de oxigeno superiores a 50 ppb) Se ajusta la dosis de secuestrante y la viscosidad aumenta considerablemnete (de 9 cp a 21 cp)

34 Influencia de Radicales Libres
Calidad de Agua Caso Historico III Influencia de Radicales Libres En un sistema con agua de formación se realizan ensayos de laboratorio con estabilizantes. Los resultados indican una importante estabilizacion, lográndose un aumento de la viscosidad del orden de 5 unidades. Se aplica el producto en campo, a una dosis algo inferior a la sugerida por los ensayos de laboratorio. Se logra solo un aumento leve de la viscosidad, pero esta se estabiliza y el aspecto visual de la solución cambia. Nuevos ensayos pendientes.

35 Calidad de Agua Caso Historico IV Influencia del Fe
En un sistema con agua de formación con alto contenido de hierro (>8 ppm) se realizan ensayos de laboratorio con varios secuestrantes de hierro. Se logró estabilizar la viscosidad del medio en valores cercanos a los deseados con algunos productos, en tanto que con otros se observa una degradación de la solución (pérdida extra de viscosidad ). No se han realizado ensayos de campo aun.

36 Calidad de Agua Bibliografía
RP63, “Recommended Practices for Evaluation of Polymers Used in Enhanced Oil Recovery Operations” Washington, DC.,: API. N. Gaillard; B. Giovannetti; C. Favero, (SNF SAS), “Improved oil recovery using thermally and chemically protected compositions based on co- and ter-polymers containing acrylamide,” SPE , 2010 SPE Improved Oil Recovery Symposium, Tulsa, USA. A. Audibert, J-F. Argillier, (Institut Français du Petrole), “Thermal stability of sulfonated polymers,” SPE 28953, 1995 SPE International Symposium on Oilfield Chemistry, San Antonio, USA. H. J. H. Fenton. “Oxidation of tartaric acid in presence of iron,” J. Chem. Soc., Trans., 1894, 65, Shupe, Russell D., “Chemical Stability of Polyacrylamide Polymers,” JPT, Volume 33, Number 8, August 1981, Sorbie, K. S., “Polymer Improved Oil Recovery,” CRC Press Inc, 1991. David B. Levitt; Gary A. Pope, “Selection and Screening of Polymers for Enhanced-Oil Recovery,” SPE , 2008 SPE/DOE Improved Oil Recovery Symposium, Tulsa, USA.

37 Producción y Desafíos

38 EOR chemical demand (forecast)

39 para Recuperación Mejorada
Polímeros SNF para Recuperación Mejorada FLOPAAM ™ Series y PUSHER ™ Series - Polvo Seco y Emulsión - poliacrilamidas - baja y alta salinidad - hasta 90 °C AN ™ Series - copolímero sulfonado - hasta 120 °C FLOCON ™ Series - goma xantano - hasta 90°C - alta salinidad

40 SNF has already a large range of polymers designed to fit most current flood characteristics
Existing polymers can not answer all field conditions & new field conditions (carbonate, very high temperature, very high salinity, heavy oil, deep offshore injection conditions, etc)

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42 R&D CHALLENGES Control over polymer structure
Molecular weight and polydispersity Polymer production capacity Anionic charge density and microstructure (copolymerization, post hydrolysis & co-hydrolysis) Monomer type and quality New developments (DP family) Controlled architectures for specific salt, shear or heat resistance (Star, Rod, Willow like, Branched polymers, Amphoteric, etc.) New monomers (hydrophobic, heat stable, etc.) State of the art polymerization techniques (micellar, post and co hydrolysis, copolymerization,…), polymerization additives (macro-structured initiators and transfer agents)

43 R&D CHALLENGES Minimize chemical degradation
Formation of free radicals Role of oxygen Additives & protective package, handling and storage Control mechanical degradation Dissolution equipments Pumps, choke and injection Reservoir permeability, carbonate reservoir and molecular weight Polymer morphology and viscoelastic behaviour Associative polymers and new morphologies can reduced sensitivity to shear Prevent thermal degradation Neighboring effect of protective monomer Hydrolysis of amide group Some monomers can bring protection to acrylamide backbone