Evaluación experimental del efecto de la salinidad del agua en soluciones poliméricas (HPAM) funcionalizadas con nanopartículas de sílice

Abstract

Teniendo en cuenta los nuevos retos que actualmente tiene la industria petrolera, en donde el uso de métodos de recuperación mejorada se ha vuelto más necesario y de allí mejorar la tecnología que se usan han sido las motivaciones para desarrollado el presente trabajo, el cual esta enfocado en experimentar el efecto que tienen la salinidad del agua en soluciones polímericas funcionalizadas con nanopartículas de sílice. Para la realización del proyecto se usó poliacrilamida parcialmente hidrolizada (Floopam 3230) y agua des ionizada para la preparación de las soluciones poliméricas. El peso molecular y el grado de hidrólisis del Flopaam 3230 son 2-6 MDa y 30% respectivamente. Se usaron nanopartículas comerciales de sílice (Sigma Aldrich) y se usó NaCl. Para la preparación del HPAM se siguió la recomendación de la norma API-RP-63, y posteriormente mediante la técnica de dispersión dinámica de luz (DLS, Nanoplus-3 de Micromeritics) se realizó la caracterización de tamaños de agregado del HPAM con y sin NaCl y del HPAM funcionalizado con Np de sílice con y sin NaCl. Realizada la caracterización se procedió a hacer pruebas de adsorción para conocer la capacidad adsortiva del NaCl en las Np de sílice, esta prueba se realizó mediante análisis termogravimétricos. Continuando con el experimento, y con el fin de conocer el comportamiento reológico, se hicieron pruebas reológicas de las soluciones poliméricas con diferentes concentraciones de NaCl en presencia y ausencia de Np de sílice en función de la viscosidad. Por último para conocer el comportamiento viscoelastico y estimar el esfuerzo de corte causado por el flujo de la solución polimérica a través de las facilidades de inyección y cañoneos en la zona de interés se realizaron pruebas de screen factor, filtrabilidad y degradación mecánica. Los tamaños de agregado de la solución de HPAM presentaron una notable disminución cuando se les agrego el NaCl, indicando contracciones moleculares, además las pruebas reológicas mostraron una decremento de la viscosidad en las soluciones con presencia de NaCl. Sin embargo se aprecia aumento de la viscosidad cuando el HPAM con NaCl se funcionaliza con Np de sílice, el aumento de la viscosidad fue mayor cuando se realizó la mezcla de Np de sílice con NaCl y por último se adicionó el HPAM, además se encontró que el aumento de viscosidad es proporcional a la concentración de Np de sílice. También se realizó seguimiento a las soluciones en el tiempo en presencia y ausencia de oxígeno sin encontrar cambios de la viscosidad por estas variables. Por su parte las pruebas de adsorción indicaron alta afinidad y capacidad de adsorción del NaCl sobre las Np de sílice. Por último se realizaron pruebas con y sin Np de sílice de screen factor, filtrabilidad y degradación mecánica, las concentraciones seleccionadas de acuerdo a cada prueba fueron de HPAM 2K mg/L, Np de sílice 2K mg/L y NaCl 14K mg/L; la prueba de screen factor indicó una mayor viscoelasticidad de la solución con Np de sílice, por su parte la prueba de filtrabilidad indico que la muestra con Np de sílice supero el tiempo, evidenciando cierto grado de taponamiento de la membrana del filtro y la prueba de degradación mecánica indicó que el HPAM con Np de sílice evidencia una menor degradación de la solución por este efecto.

Abstract: Taking into account the new challenges currently facing the oil industry, where the use of improved recovery methods has become more necessary and hence improving the technology used have been the motivations for developing this work, which is focused on experiencing the effect that have the salinity of the water in polymeric solutions functionalized with silica nanoparticles. To carry out the project, partially hydrolyzed polyacrylamide (Floopam 3230) and deionized water were used for the preparation of the polymer solutions. The molecular weight and degree of hydrolysis of Flopaam 3230 are 2-6 MDa and 30% respectively. Commercial silica nanoparticles (Sigma Aldrich) were used and NaCl was used. For the preparation of the HPAM the recommendation of the API-RP-63 standard was followed, after by the dynamic light scattering technique (DLS, Nanoplus-3 of Micromeritics) it has been made the characterization of aggregate sizes of the HPAM with and without NaCl and HPAM functionalized with Np of silica with and without NaCl. Once the characterization was carried out, adsorption tests were carried out to determine the adsorptive capacity of NaCl in the silica Np, this test was carried out by thermogravimetric analysis. Continuing with the experiment, and in order to know the rheological behavior, rheological tests were performed on the polymer solutions with different concentrations of NaCl in the presence and absence of Np of silica depending on the viscosity. Finally, to know the viscoelastic behavior and estimate the shear stress caused by the flow of the polymer solution through the injection facilities, and perforating in the area of interest, screen factor, filterability and mechanical degradation tests were carried out. The aggregate sizes of the HPAM solution showed a notable decrease when NaCl was added, indicating molecular contractions, in addition the rheological tests showed a decrease in the viscosity in the solutions with the presence of NaCl. However, viscosity increase is observed when the HPAM with NaCl is functionalized with Np of silica, the increase in viscosity was higher when the mixture of Np of silica with NaCl was made and finally the HPAM was added, moreover was found that the Increase in viscosity is proportional to the concentration of Np of silica. The solutions were also monitored over time in the presence and absence of oxygen without finding changes in viscosity due to these variables. On the other hand, the adsorption tests indicated high affinity and capacity of NaCl adsorption on silica Np. Finally tests were carried out with and without Np of silica of screen factor, filterability and mechanical degradation, the concentrations selected according to each test were HPAM 2K mg / L, Np of silica 2K mg / L and NaCl 14K mg / L; the screen factor test indicated a greater viscoelasticity of the solution with silica Np, meanwhile the filterability test indicated that the sample with Np of silica exceeded time, showing a certain degree of plugging of the filter membrane and the test of Mechanical degradation indicated that HPAM with silica Np shows less degradation of the solution due to this effect.