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  • Miguel Perez

Evaluación de tecnologías para la inyección de agua a yacimientos en campos costa afuera


I. OBJETIVO


El objetivo de la inyección de agua en los yacimientos petroleros, es el mantenimiento de presión (sustituyendo los espacios dejados por los fluidos producidos), manteniendo así la reserva y también las presiones de fondo fluyente por encima de la presión del punto de burbuja de los fluidos.


II. TIPOS DE INYECCIÓN DE AGUA


Existen dos tipos de inyección de agua para mantenimiento de presión de los yacimientos:


1. Inyección periférica o externa: Consiste en inyectar el agua dentro de la zona de producción de aceite. El agua invade esta zona y desplaza los fluidos del volumen invadido hacia los pozos productores. Este tipo de inyección también se conoce como inyección de agua interna, ya que el fluido se inyecta en la zona de la producción de aceite a través de un número apreciable de pozos inyectores que forman un arreglo geométrico con los pozos productores. Sus principales características son la selección del arreglo depende de la estructura y límites del yacimiento, de la continuidad de las arenas, de la permeabilidad, de la porosidad y del número y posición de los pozos existentes y se emplea, particularmente, en yacimientos con una gran extensión área.


  • Ventajas:

Produce una invasión más rápida en yacimientos homogéneos, con bajas permeabilidades efectivas con alta densidad de los pozos, debido a que la distancia inyector es pequeña. Esto es muy importante en yacimientos de baja permeabilidad.

Rápida respuesta del yacimiento.

Elevadas eficiencias de barrido área.

Permite un buen control del frente de invasión y del factor de reemplazo.

  • Desventajas:

En comparación con la inyección externa, este método requiere una mayor inversión, debido al alto número de pozos inyectores.

Mayor volumen de agua de inyección.

Exige un mayor seguimiento y control.



Figura 1. Inyección de agua periférica o externa



2. Inyección en arreglos o dispersa: Consiste en inyectar el agua dentro de la zona de producción de aceite. El agua invade esta zona y desplaza los fluidos del volumen invadido hacia los pozos productores. Este tipo de inyección también se conoce como inyección de agua interna, ya que el fluido se inyecta en la zona de la producción de aceite a través de un número apreciable de pozos inyectores que forman un arreglo geométrico con los pozos productores. Sus principales características son la selección del arreglo depende de la estructura y límites del yacimiento, de la continuidad de las arenas, de la permeabilidad, de la porosidad y del número y posición de los pozos existentes; y se emplea, particularmente, en yacimientos con una gran extensión área.


  • Ventajas:

Produce una invasión más rápida en yacimientos homogéneos, con bajas permeabilidades efectivas con alta densidad de los pozos, debido a que la distancia inyector es pequeña. Esto es muy importante en yacimientos de baja permeabilidad.

Rápida respuesta del yacimiento.

Elevadas eficiencias de barrido área.

Permite un buen control del frente de invasión y del factor de reemplazo.

  • Desventajas:

En comparación con la inyección externa, este método requiere una mayor inversión, debido al alto número de pozos inyectores.

Mayor volumen de agua de inyección.

Exige un mayor seguimiento y control.


Figura 2. Inyección de agua en arreglos o dispersa



III. AGUA PARA INYECCIÓN


Características:

  • El agua no debe ser corrosiva. El sulfuro de hidrógeno (H2S) y el oxígeno (O2) son dos fuentes comunes de problemas de corrosión.

  • El agua no debe depositar minerales bajo condiciones de operación. El encostramiento (Scale) se puede formar de la mezcla de aguas incompatibles o debido a cambios físicos que causan que el agua se convierta en súper saturada. El encostramiento mineral dentro del sistema de inyección no solo reduce la capacidad de flujo sino también proporciona un medio para que ocurra corrosión.

  • El agua no debe contener sólidos suspendidos en suficiente cantidad para causar taponamiento de los pozos de inyección. Los materiales que pueden estar presentes como material suspendido son los compuestos que forman encostramiento tal como, microorganismos y otro material orgánico.

  • El agua inyectada no debe reaccionar para causar hinchamiento de los minerales arcillosos presentes en la formación. La importancia de esta consideración depende de la cantidad y tipo de minerales arcillosos presentes en la formación, así como de las sales minerales disueltas en el agua inyectada y permeabilidad de la roca.

  • La salmuera debe ser compatible con el agua presente inicialmente en la formación. El agua producida e inyectada debe ser manipulada separadamente, si no son completamente compatibles.



IV. TECNOLOGÍAS PARA TRATAMIENTO DE AGUA PARA INYECCIÓN


Existen dos fuentes para el suministro de agua, la primera es emplear el agua de mar y la segunda es el agua congénita.


Agua de mar.


El agua de mar es salada por la concentración de sales minerales disueltas que contiene, un 35% como media, entre las que predomina el cloruro sódico. El agua de mar es una disolución en agua (H2O) de muy diversas sustancias. Hasta los 2/3 de los elementos químicos naturales está presentes en el agua de mar, aunque la mayoría sólo como trazas. Seis componentes, todos ellos iones, dan cuenta de más del 99% de la composición de solutos.



  • Salinidad: La salinidad presenta variaciones cuando se comparan las cuencas, las distintas latitudes o las diferentes profundidades. Favorece una salinidad más elevada la evaporación más intensa propia de las latitudes tropicales, sobre todo en la superficie, y una menor salinidad la proximidad de la desembocadura de ríos caudalosos y las precipitaciones elevadas. Las diferencias de salinidad entre masas de agua se combinan con las de temperatura para producir diferencias de densidad, que a su vez son responsables de la convección en que se basa la circulación oceánica a gran escala, la llamada por ello circulación termohalina.


  • Densidad: La densidad del agua del mar es una de sus propiedades más importantes ya que su variación provoca corrientes. Es determinada usando la ecuación internacional de estado del agua de mar a presión atmosférica (UNESCO Technical Papers in Marine Science, 1981) a partir de los trabajos realizados para conocer las relaciones entre las variables termodinámicas del agua del mar: densidad, presión, salinidad y temperatura. La densidad de la típica agua del mar (agua salada con un 3,5% de sales disueltas) suele ser de 1.02819 kg/l a los -2ºC, 1.02811 a los 0ºC, 1.02778 a los 4ºC, etc.

La densidad aumenta con un aumento en la salinidad y una disminución de la temperatura, excepto a temperaturas por debajo del máximo de densidad.

  • pH: El pH del agua de mar es básico, variando entre 7.5 y 8.4.

  • Gases: Los gases disueltos son los mismos que componen el aire libre, pero en diferentes proporciones, condicionadas por diversos factores. La temperatura y la salinidad influyen reduciendo la solubilidad de los gases cuando cualquiera de esos dos parámetros aumenta. Otros factores son la actividad metabólica de los seres vivos y los complejos equilibrios químicos con los solutos sólidos, como el ion bicarbonato (HCO3-). En aguas oceánicas superficiales bien mezcladas, la composición típica de gases disueltos incluye un 64% de nitrógeno (N2), un 34% de oxígeno (O2) y un 1,8% de dióxido de carbono (CO2), muy por encima éste último del 0,04% que hay en el aire libre. El oxígeno (O2) abunda sobre todo en la superficie, donde predomina la fotosíntesis sobre la respiración, y suele presentar su mínimo hacia los 400 m de profundidad, donde los efectos de la difusión desde el aire libre y de la fotosíntesis ya no alcanzan, pero donde todavía es alta la densidad de organismos consumidores, que lo agotan. La temperatura, más baja en los fondos profundos, afecta a la solubilidad de los carbonatos e, indirectamente, al CO2.

  • Descenso crioscópico: El descenso crioscópico es la reducción del punto de fusión de un disolvente puro por la presencia de solutos. Es directamente proporcional a la molaridad, lo que hace que sea más importante para solutos iónicos, como los que predominan en el agua de mar, que para los no iónicos. El fenómeno tiene importantes consecuencias en el caso del agua de mar, porque la respuesta al enfriamiento intenso del agua del océano, como ocurre en el invierno de las regiones polares, es la separación de una fase sólida flotante de agua pura. Es así como se forma la banquisa en torno a la Antártida o al océano Ártico, como un agregado compacto de hielo puro de agua, con salmuera llenando los intersticios, y flotando sobre una masa de agua líquida a menos de 0ºC (hasta un límite de -1,9ºC para una salinidad del 3.5%).


Agua congénita


El agua congénita o de formación, es agua salada que se encuentra dentro de la roca, asociada a la presencia de hidrocarburos. Contiene sales disueltas, como cloruros de calcio y sodio, carbonatos de sodio, cloruro de potasio, sulfato de calcio o bario, entre otros; puede incluso contener algunos metales.


La concentración de estos componentes puede ocasionar impactos negativos al medio ambiente o yacimientos cuando su manejo y disposición no son adecuados. Los riesgos ambientales que se presentan en el manejo y disposición del agua congénita son: la eventual contaminación d ellos acuíferos en el proceso de inyección a formaciones receptoras, la contaminación de cuerpos receptores si no se cuenta con parámetros de limpieza, y la contaminación del selo cuando se producen derrames accidentales durante su transporte.


La inyección de agua congénita solo podrá realizarse toda vez que en su manejo no se incorporen sustancias diferentes a los desincrustantes, inhibidores de corrosión y secuestrantes de oxígeno, desemulsificantes, biocidas y en general, las sustancias necesarias para proteger al pozo y realizar un majeo seguro de dicha agua congénita.


  • Tecnologías para el tratamiento de agua de mar y agua congénita


Figura 3. Tecnologías para tratamiento de agua



V. EVALUACIÓN DE TECNOLOGÍAS


Para la evaluación de las tecnologías para la inyección de agua a yacimientos costa afuera, como método de recuperación secundaria; se emplearon los siguientes criterios:


• Madurez tecnológica

• Pruebas de laboratorio

• Pruebas Internacionales

• Pruebas piloto en instalaciones costa afuera

• Calidad del agua

• Facilidad para inyección de agua

• Confiabilidad y disponibilidad

• Capacidad unitaria

• Servicio integral

• Requerimiento de energía

• Requerimiento de espacio

• Tiempo de residencia

• Costo

• Inyección de químicos

• Operación y mantenimiento

• Tiempo de instalación y construcción

• Infraestructura adicional

• Sensibilidades a la variación de flujo



Figura 4. Evaluación de tecnologías para tratamiento de agua




VI. CONCLUCIONES


De la evaluación de las tecnologías para la inyección de agua a yacimientos costa afuera, como método de recuperación secundaria; se determina que la mejor opción es emplear agua de mar como fuente de suministro, empleando la tecnología de filtración con productos químicos; ya que es una tecnología probada a nivel internacional, con un bajo costo de inversión estratégica y de gasto de operación y mantenimiento.



VII. BIBLIOGRAFIA



1. UNESCO Technical Papers in Marine Science , 1981


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