Uso De Surfactantes

El uso de surfactantes en proyectos de recuperación terciaria

¿Qué es un surfactante?

Surfactantes, también conocidos como agentes tensioactivos, son agentes de humectación que bajan la tensión superficial de un líquido, permiten una más fácil dispersión y bajan la tensión interfacial entre dos líquidos.

Etimología

La palabra surfactante proviene del término en ingles surfactant, (surface-active-agent) agente de superficie o tensioactivo.Los surfactantes son usualmente compuestos orgánicos amfifílicos, o que contienen grupos no polares hidrófobos o lipofílicos, solubles en hidrocarburos y grupos polares hidrofílicos (cabezas) solubles en agua. Por ello son solubles en solventes orgánicos y en agua.

Operación y efectos

Los surfactantes reducen la tensión superficial del agua adsorbiéndose a la interfase líquido-gas.

Ellos también reducen la tensión interfacial entre el crudo y el agua por adsorción en la fase líquido-líquido. Todas las aplicaciones y usos de los surfactantes provienen de dos propiedadesfundamentales de estas sustancias:

• La capacidad de adsorberse a las interfases, la adsorción: es un fenómeno espontáneo

impulsado por la disminución de energía libre del surfactante al ubicarse en la interfase y satisfacer total o parcialmente su doble afinidad polar - no polar.

• Su tendencia a asociarse para formar estructuras organizadas, asociación: fenómeno impulsado por efectos hidrófobos cuando se añade más surfactante a una solución acuosa.

La micela

Las terminaciones lipofílicas de las moléculas de surfactante se disuelven en el crudo, mientras que las terminaciones hidrofílicas cargadas permanecen en el exterior, rodeando el resto de la micela hidrofóbica. Muchos surfactantes pueden también ingresar a una solución como micelas. La concentración a la cual el surfactante comienza a formar micelas se conoce como concentración micelar crítica. Esta, puede detectarse mediante diferentes métodos, ya que diversas propiedadespresentan en esta zona una discontinuidad en su variación.

Los métodos más empleados se basan sobre la variación de la tensión superficial (todos los tipos

de surfactante) y de la conductividad electrolítica de las soluciones (sólo surfactantes iónicos) Cuando las micelas se forman en el agua, sus colas forman un núcleo que puede encapsular una gota de crudo.

Cuando se forman en la fase orgánica, la micela se conoce como micela inversa. En este caso las cabezas forman el núcleo y las colas mantienen un contacto favorable con el crudo.

Solubilización

Las soluciones micelares poseen una propiedad muy importante, llamada capacidad de solubilización. Pueden solubilizar sustancias no polares (aceites, hidrocarburos) o anfífilas (alcoholes). A partir de la concentración micelar crítica, la solubilización aumenta considerablemente, ya que el hidrocarburo penetra dentro del corazón de las micelas .

En ciertos casos la solubilización puede ser considerable y se observan sistemas llamados microemulsiones.

Clasificación

Un surfactante puede ser clasificado por la presencia de grupos formalmente cargados en sus cabezas o grupos polares. Un surfactante no iónico no tiene grupos con carga en sus cabezas. La cabeza de un surfactante iónico lleva una carga neta. Si la carga es negativa, el surfactante es aniónico; si la carga es positiva entonces será catiónico. Si un surfactante tiene una cabeza con dos grupos de cargas opuestas, se lo conoce como amfotérico.

Algunos surfactantes comunmente encontrados son:

Aniónicos:

Basados en aniones sulfato, sulfonato o carboxilato.

Dodecil sulfato de sodio (SDS)

Lauril sulfato de amonio y otras sales de alquilsulfato

Lauril eter sulfato de sodio (SLES)

Alquil benceno sulfonato

Jabones y sales de acidos grasos

Catiónicos:

Basados en cationes de amonio cuaternario

Bromuro de cetil trimetil amonio (CTAB)

Bromuro de hexadecil trimetil amonio y otras sales de alquil trimetil amonio

Cloruro de cetil piridinio (CPC)

Amina polietoxilada (POEA)

Cloruro de benzalconio (BAC)

Cloruro de bencetonio (BZT)

Anfotéricos:

Dodecil betaina

Oxido de dodecil dimetil amina

Cocoamido propil betaina

Coco amfo glicinato

No iónicos:

Alquil polioxido de etileno

Copolímeros de poli oxido de etileno y oxido de propileno llamados comercialmente polioxaminas.

Alquil poliglucósidos, incluyendo:

Octil glucósido

Decil maltosido

Alcoholes grasos

Alcohol cetilico

Alcohol oleico

Cocoamida metil eter

Cocoamida dietil eter

Cocoamida trietil eter

La elección del surfactante es esencial

Desde que cada proyecto de recuperación terciaria es independiente, único y las condiciones varían, es extremadamente importante diseñar y formular el agente tensioactivo adecuado con el objeto de optimizar el tratamiento. En los últimos tiempos han aparecido en el marcado nuevos agentes tensioactivos que permiten la implementación de técnicas SP y a un solo agente tensioactivo, con éxito con el consiguiente ahorro de inversión en equipos y productos.

Por qué necesitamos un agente tensioactivo?

Una baja tensión interfacial es esencial para la recuperación de petróleo. La tensión interfacial incide en lo que se llama el Numero Capilar.

El numero capilar (Nc), es representado como una relación que se ha definido para describir la interdependencia entre las fuerzas viscosas y la tensión interfacial y la restricción al pasaje a través de un capilar. Donde (ΔP) es la presión diferencial a través de una longitud dada (L) y σ es la tensión interfacial entre el petróleo y la fase acuosa. Otra forma de describir las fuerzas viscosas es a través de la velocidad que tendrá un fluido a través de una garganta poral y la viscosidad del fluido. Lo que se llama avance frontal. En la Figura 1 se utiliza la que utiliza la velocidad a través del poro (velocidad Darcy) y la viscosidad del fluido a empujar para describir las fuerzas viscosas. Una baja tensión interfacial es esencial para la recuperación de petróleo.

figura 1

Para poder recuperar cantidades significativas de crudo, el número capilar debe crecer 3 o 4 órdenes de magnitud. Si nos referimos a la ecuación de la Figura 1, el número capilar Nc es directamente proporcional al producto de la viscosidad µ y la velocidad ν e inversamente

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