COMPUESTO ESTABILIZADO ELIMINADOR E INHIBIDOR DE
INCRUSTACIONES EN TUBERÍAS
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Cuando un pozo de petróleo o de gas produce agua (generalmente con gran contenido de sales disueltas), existe la posibilidad de formación de incrustantes. Esto también puede ocurrir en yacimientos donde se emplea la inyección de agua como sistema de recuperación mejorada, o al utilizar gas con alto contenido de C02 y otros contaminantes. Las incrustaciones más comunes que se forman son sulfato de bario o carbonato de calcio.
La acumulación de sedimentos minerales o incrustaciones, pueden formarse en tuberías tanto en superficie como en el fondo del pozo, o inclusive dentro del mismo medio poroso de la formación del yacimiento petrolero, lo que llega a ocasionar problemas serios de represionamiento o incluso taponamiento total de tuberías.
Las técnicas dentro de la industria petrolera para eliminar estas incrustaciones deben de ser rápidas, no dañinas con la formación y el medio ambiente. Las técnicas con el uso de químicos son las más comunes por ser más económicas; cuando la composición de las incrustaciones son carbonatos, el ácido clorhídrico (HCI) es el más usado para disolverlos y remover estas incrustaciones, pero este ácido pierde efectividad ante el sulfato de calcio precipitado u otros incrustantes, además de presentar cuidados exclusivos para su uso. Aunque existen métodos usados en donde un disolventé es utilizado junto con lavadores que contienen surfactantes normales o viscoelastivos, son productos bastante selectivos, haciéndose necesaria una formulación versátil ante distintas incrustaciones.
El HCI, como se ha mencionado, es el compuesto químico más usado para eliminar este tipo de incrustaciones por su costo, pero también es el ácido
de más rápida reacción y por tanto, rápido agotamiento de su efecto, por lo que son aconsejadas formulaciones que reaccionen gradualmente, para poder tener mayor alcance dentro de una formación. La aplicación de tratamientos a incrustaciones es variada según el lugar donde se encuentren, y va desde un bombeo puro del producto disolvente en un ducto o pozo hasta una mezcla con disolventes orgánicos, inorgánicos y agentes surfactantes, mediante el uso de una tubería flexible, tubería capilar o en la misma inyección de gas para el Bombeo Neumático, siendo el más adecuado el que mejor convenga de acuerdo a la problemática que se presente.
El proceso de inhibición química involucra la adsorción preferencial de las moléculas del inhibidor en estos lugares de crecimiento. En consecuencia, el cristal dejará de desarrollarse cuando las moléculas del inhibidor hayan ocupado todas estas zonas activas. Los inhibidores actúan controlando la depositacion de escala cuando interactúan químicamente con los sitios de nucleación de cristales y reducen de manera sustancial las tasas de desarrollo de estos, alterando sus superficies, conociéndosele a estos con el nombre de inhibidores de iniciación. También actúan secuestrando los iones que precipitan y forman escala.
Un inhibidor de incrustaciones debe satisfacer varias condiciones para tener una utilidad prolongada, entre ellas:
• Ser compatible (no formar productos de reacción con otros químicos del sistema lo que conduce a su inactivación).
• Ser estable térmicamente (en especial a las condiciones de fondo de pozo) e hidrolíticamente para plazos largos.
· Bacteriológicamente no sensible.
• Modificar el tamaño de los cristales (formar tendencia a dispersarse).
• Retrasar o bloquear los procesos de precipitación de escala a una baja
concentración.
• No debe promover emulsiones.
• En los fluidos de retorno debe ser monitoreable. Por otra parte, atentan contra la eficiencia máxima del inhibidor:
• La salinidad y pH del agua que entra en contacto con el inhibidor.
• La composición química del agua, el contenido de magnesio del agua y hierro disuelto deben ser bajos.
· La presencia y el tipo de sólidos en suspensión (el inhibidor, todavía no es "inteligente" y actúa en todo insoluble que viaje en el medio).
• La temperatura del sistema.
Para obtener una inhibición exitosa, debe haber entonces una concentración suficiente de moléculas de inhibidor acompañando al fluido extraído del pozo. Puede asegurarse esta condición solo si el inhibidor es retenido en la formación y desorbido gradualmente junto al fluido producido.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Los detalles característicos de este novedoso compuesto estabilizado eliminador e inhibidor de incrustaciones en tuberías, se describen claramente en la siguiente descripción y en los dibujos que se acompañan. En la figura 1 se observa de manera ilustrativa la forma en que trabaja el compuesto objeto de la presente invención, en la eliminación de incrustaciones de carbonato de calcio.
En la figura 2 se observa de manera ilustrativa la forma en que trabaja el compuesto objeto de la presente invención, en la inhibición de la formación de incrustaciones.
En la figura 1 se muestra las formaciones de carbonato de calcio (1) presentes en las tuberías. El agua natural contiene sales disueltas que difieren en concentración y variedad de iones, en donde dicho carbonato de calcio (CaC0
3) (1 ) generalmente está presente en este tipo de agua en su forma ionizada, formado por iones calcio (Ca
2+) e iones carbonato (CO
3 2~) generándose de la reacción El carbonato de calcio
(1 ) puede precipitarse de la solución por causas como:
• Saturación de la solución por alguno(s) de los iones.
• Incremento de la temperatura
Los iones carbonato pueden provenir del CO
2 atmosférico o proveniente en mezcla con otros gases, reaccionando con los iones Ca
2+ formando carbonato de calcio (1) que precipita. De esta manera la reacción C0
2 + explica la formación del ácido carbónico, la cual es
posible en pH alto; y a pesar de que éste es muy inestable, los carbonatos que se llegan a formar debido a su presencia resultan ser muy estables, permaneciendo en la solución mientras que las condiciones sean las adecuadas. El pH de la solución influye también en la solubilidad del carbonato cálcico, ya que un pH ácido destruye los iones de carbonato, llevándose a cabo la reacción
de forma inversa. La presencia de C0
2 aumenta la solubilidad de esta sal. Al agregar una mezcla estabilizada de ácidos (2), compuesto de la presente invención, se obtienen compuestos (3) altamente solubles en agua, eliminando así los precipitados de carbonato de calcio (1).
En la figura 2 es posible observar la forma en que se pueden inhibir la formación de incrustantes. La interacción existente entre los iones de calcio (4) y los iones de carbonato (5), llevan a la formación del precipitado de carbonato de calcio (6), pero al añadir el compuesto estabilizante (2) objeto
de la presente invención, se logra la inhibición de interacción anión-catón precipitable (7).
Se puede evaluar la influencia del pH si se conoce la temperatura y la dureza del agua mediante el índice de Langelier:
donde pHs es el pH calculado para una concentación de Ca2+ para llegar a la saturación. Con el análisis de Stiff-Davis se interpreta el índice de Langelier: valores negativos indican que no habrá precipitación; y si por el contrario, resultara positiva, se tendrá un agua incrustante.
Otro ion altamente precipitable es el Sulfato de calcio, presente generalmente al encontrar ion sulfato disuelto y ion calcio, de la siguiente manera:
Además del óxido férrico (Fe
2O
3), la reacción ocurre debido a la oxidación del hierro de acuerdo a:
El compuesto de la presente invención tiene varias formulaciones formados por los componentes descritos en la Tabla 1.
El ácido orgánico mono carboxílico puede ser ácido fórmico (HCOOH) o acético (CH3COOH). El ácido orgánico di o tricarboxílico está constituido por cualquier ácido orgánico que cuente con dos, tres o más grupos carbonilos unidos a un radical hidroxilo (-COOH) como es el ácido cítrico o ácido oxálico. El ácido inorgánico se refiere a ácido clorhídrico (HCI) o ácido Nítrico (HN03). La sal derivada de un ácido orgánico carboxílico es cualquiera con la fórmula:
R-COO +Me
en donde R es un radical cualquiera que puede contener también uno o más grupos carboxilo y Me es cualquier metal alcalino o álcali notérreo.
El inhibidor de corrosión está compuesto por una mezcla de aminas o alcoholes de alto peso molecular. Experimentos de Inhibición de formación de incrustaciones.
Formulación 1.
Para la formulación 1 descrita en la tabla 2 se presenta un inhibidor de formación de incrustantes con los componentes mencionados en la tabla 1 :
Adicionalmente se prepararon 2 soluciones altamente incrustantes con distinta concentración de iones de acuerdo a lo que se muestra en la tabla 3.
Con estas 2 soluciones preparadas en la tabla 3, se realizaron mezclas en diferentes proporciones descritas en la tabla 4.
Análisis teórico de precipitados
Para cada una de las mezclas se calculó el precipitado teórico. La mezcla de las dos soluciones que contienen concentraciones distintas de un mismo ion dará una concentración final de este ion, la cual se calcula como sigue:
Donde C
f, X y C son la concentración del ion en la solución final, las fracciones de la solución tomadas para realizar la mezcla y la concentración del ion en la solución que le corresponde, respectivamente.
Se cálculo el índice de estabilidad de Langelíer de acuerdo a:
Donde IS, pH, pHs, son el índice de estabilidad, pH de la solución y pH de la solución saturada con carbonato de calcio, respectivamente.
El parámetro pH
s se calcula como sigue:
De donde se desprenden los siguientes parámetros:
Donde SDT, T, D y Ak son los sólidos disueltos totales en mg/L, la temperatura en °C, la dureza de calcio como carbonato de calcio en mg/L y la alcalinidad total como carbonato de calcio en mg/L, respectivamente.
Para el cálculo del pH de la solución debe determinarse inicialmente la concentración de ión hidrógeno en solución:
Donde [H
+]
f , X, [H
+] son la concentración final de los iones hidrógeno en la mezcla, las fracciones de la solución tomadas para realizar la mezcla, la concentración de los iones hidrógeno en cada solución (obtenido con
. El pH final de la solución vendrá dado por:
Los miligramos de sulfato de calcio se obtienen por la siguiente fórmula:
Donde meq
CaSo4 = miliequivalentes de iones sulfato
Los miligramos de carbonato de calcio se obtienen por la siguiente fórmula:
Donde meqCaco4 = miliequivalentes de iones carbonato
Los miligramos de carbonato de calcio debido a los iones bicarbonato se obtienen por la siguiente fórmula:
Donde meqHco3 = miliequivalentes de iones bicarbonato
Los miligramos de óxido férrico máximo producido son:
Donde = miligramos presentes de ion fierro.
Análisis experimental de los precipitados
Se llevaron a cabo las mezclas en laboratorio, a temperatura ambiente, para determinar los sólidos reales obtenidos por mezclado de acuerdo a la tabla 3.
En la tabla 5 se muestran los resultados teóricos de precipitados obtenidos de las fórmulas mostradas anteriormente. I.E. significa el índice de Estabilidad.
La tabla 6 muestra los resultados de precipitaciones donde las mezclas se dejaron reposar durante 24 horas y posteriormente se centrifugo. En la tabla 7 el experimento se repitió con una dosificación de 1000 ppm de la formulación 1 mostrando resultados de precipitados.
Formulación 2.
Se preparó una formulación 2 que se muestra en la tabla 8, utilizando los componentes de la tabla 1.
En laboratorio se preparó una mezcla 1000mg/L de sulfato de bario en agua destilada. Posteriormente se añadieron 1000 ppm de la formulación 2. Se observó disolución completa de precipitados.
Formulación 3.
Se utilizó óxido férrico en estado puro. Se colocó 1mg de óxido férrico en 10mL de agua. Al añadir 1000ppm de la formulación 1 y se observa disolución completa del óxido férrico. Lo mismo sucede utilizando la formulación 2.
Durante el desarrollo experimental de las formulaciones anteriores, se pudo observar lo siguiente:
• Bloqueo del proceso de precipitación.
• Modificación de la forma (junto con menor tamaño) y propiedades de los cristales obtenidos en el ejemplo 1.
• No se observó adherencia de los sólidos a las paredes de los recipientes donde se realizaron los experimentos.
Las formulaciones aquí propuestas se mezclaron con crudo en proporción 50:50 y 80:20 crudo-tratamiento para los demás sistemas. No se observa la formación de emulsiones o fases indeseables que son señales de incompatibilidad.
Se determinó la corrosividad de una formulación. El resultado se presenta en la tabla 9.