RESUMENLa baja retencin de polmero en el yacimiento es esencial para el xito de una operacin de EOR utilizando polmeros. La retencin es usualmente estimada mediante experimentos de inundaciones en ncleos en el laboratorio, conducida bajo condiciones lo ms parecidas al yacimiento posibles. Este documento aborda los efectos de la mojabilidad del ncleo y su saturacin en la adsorcin/retencin del polmero.La adsorcin de polmeros solubles en agua, en sustratos hidrofbicos fue estimada de una serie de experimentos de inundacin en ncleos (tratados con silane) y comparados con la adsorcin en ncleos de sustratos Berea silicos (arenas silicas nativas). Una adsorcin significativa en las superficies hidrofbicas fue encontrada, los efectos fueron ms marcados para poliacrilamidas no inicas y polisacridos que para poliacrilamidas anionicas (hidrolizadas).En una segunda serie de experimentos en ncleos, la adsorcin/retencin de la poliacrilamida en ncleos bajo la saturacin de aceite residual fue medida y comparada con la adsorcin/retencin en ncleos similares libres de aceite, saturados 100% con salmuera, en ncleos mojados por aceite, la retencin disminuyo considerablemente en presencia de aceite, mientras que esta se increment ligeramente en sistemas mojados por agua.Estos efectos pueden ser explicados en trminos de la distribucin del rea interfacial en el espacio poroso agua/roca y agua/aceite, el cual es gobernado por la mojabilidad. En ncleos mojados por agua, gotitas de aceite residual ofrecen una superficie adsorbente adicional para el polmero, mientras que en ncleos mojados por aceite, la pelcula de aceite mojante ofrece al polmero una superficie adsorbente mucho menor que la superficie de la roca (nunca ms accesible).INTRODUCCINPolmeros solubles en agua ofrecen una manera efectiva de incrementar la viscosidad del agua de inyeccin y por lo tanto aumentar la eficiencia de barrido. Sin embargo, la inyeccin de polmeros es en muchos casos no viable econmicamente debido a la excesiva retencin del polmero en el yacimiento. Evaluar la retencin del polmero es necesario antes de cualquier implementacin en campo. Por lo general se obtiene a partir de experimentos de inundacin en ncleos, los cuales imitan el proceso de EOR a escala de laboratorio. Estos experimentos deberan de hecho ser llevado a cabo bajo condiciones que reflejen aquellas del yacimiento. Entre ellas, se conoce que la mojabilidad del ncleo y la presencia de aceite, influyen la retencin del polmero de una manera significativa, pero pobremente entendida.Lund y compaa, recientemente midieron la retencin de un biopolmero xanthan en arenas arcillosas de Brent. Los ncleos fueron limpiados con diferentes solventes y por lo tanto tenan diferentes mojabilidades. Fueron entonces llevadas a saturacin residual de aceite. En ncleos mojados por aceite limpiados con keroseno despolarizado, una retencin tan baja como 5 de xanthan por gramo de roca fue medida, mientras la retencin salto a 30 por gramo en un nucreo similar pero mojado por agua, lavado con tolueno y metanol. En los ltimos ncleos (con el mismo tipo de limpieza), la ausencia de aceite llevo a una retencin tan alta como 50 .Zaitoun y Kohler encontraron algunos resultados diferentes: la retencin se incrementa en presencia de aceite para biopolmero scleroglucan en una arena Vosges, pero no vario mucho para la poliacrilamida ni en las arenas Vosges y Berea ni para las arenas puramente de cuarzo scleroglucan.Se ha argumentado que el aceite podra prevenir al polmero de accesar a la superficie de la roca, lo que explica la disminucin de la adsorcin/retencin del polmero observada (especialmente en sistemas mojados por aceite), o que la saturacin de aceite residual, reduce el tamao de los poros, pudiendo aumentar la retencin del polmero por alguna clase de entrampamiento mecnico, y no estrictamente hablando por la adsorcin.Si es o no el polmero adsorbido en el aceite, o ms generalmente en interfaces hidrofbicas, queda incierto. La cuestin es de importancia tanto para saturaciones tpicas de aceite residual de 20-30 % del espacio poroso, como para los tantos yacimientos que son de hecho hidrofbicos debido a la depositacin de algunos componentes del aceite.Polmeros solubles en agua como las poliacrilamidas son conocidas en tener un pequeo efecto en la tensin interfacial entre aceite/agua. Sin embargo, no puede ser inferido de estas medidas de tensin que la adsorcin en el aceite no ocurre, a diferencia de la adsorcin de surfactantes, la adsorcin de polmeros de alto peso molecular no es necesariamente acompaada de una reduccin significativa en la energa de la superficie, debido a las dos siguientes razones: primero, la energa ganada por tener un segmento de polmero en contacto con la superficie es usualmente pequea (la suma de varias energas de unin resulta en una fuerte unin de toda la cadena de polmero a la superficie); segundo, una pequea fraccin de la superficie es ocupada por segmentos de polmero (la mayora de ellos colgando fuera de la interfaz a distancias comparables con el tamao del polmero).Este documento presenta una serie de experimentos de inyeccin de polmeros en ncleos de diferentes mojabilidades y saturaciones de aceite, con el propsito de entender los efectos de la presencia de aceite y la mojabilidad del ncleo, en la retencin y adsorcin del polmero.La siguiente seccin compara la adsorcin/retencin del polmero en medios porosos hidrofilicos (silicos) a la adsorcin en los mismos sustratos hidrofbicos tratados con silane. Algunos de estos experimentos, hechos con medios saturados 100 % con salmuera, son comparados en la ltima seccin de este documento para experimentos hechos en ncleos similares, con aceite residual.EXPERIMENTOSoluciones polimricasDos clases de polmeros de alto peso molecular, fueron usados. Poliacrilamidas y polisacridos.Los pesos moleculares promedio, viscosidades intrnsecas y coeficientes de Huggins para los polmeros usados estn en la siguiente tabla.Mtodos de deteccinLas concentraciones de polmero fueron medidas con un analizador de carbono Dohrmann con una precisin mayor al 2% en el rango de concentracin de inters. Iodo de potasio KI (50 ppm) fue aadido como trazadores a las soluciones polimricas y detectado por un espectroscopio UV.OilFue utilizado dodecano. Su miscibilidad en el agua es despreciable e indetectable con el analizador de carbono.Slidos y medios porososEl medio poroso fue compuesto de partculas difiriendo su tamao y propiedades de la superficie, estas particulares fueron pre tratadas en soluciones HCl 1N y enjuagadas extensamente con agua destilada. Las partculas hidrofilicas fueron arenas silicas o cuarziticas de diferentes orgenes.Las partculas hidrofbicas fueron obtenidas de las partculas anteriores pero con tratamiento por silane.Los tamaos de grano promedio y reas de BET de estas partculas estn listadas en la siguiente tabla, junto con las porosidades y permeabilidades de los medios porosos inconsolidados. Porosidades y permeabilidades ligeramente ms pequeas fueron obtenidas con partculas tratadas con silane (comparadas con las obtenidas con la arena desnuda).Crushed sand (C), Carburo de xido de silicio (SiC), arena de cuarzo natural (E).

Experimentos de inyeccin en los ncleosEstos experimentos consistan en la inyeccin, a bajas tasas de flujo (1 ft/d), de solucin polimrica en el ncleo, y entonces una inyeccin posterior con salmuera nicamente. La solucin efluente fue recolectada en fracciones para el anlisis.En la siguiente figura se muestra, para uno de estos experimentos, los perfiles de concentracin en los efluentes para ambos polmeros y trazadores. Una adsorcin igual a 21,2 de SiC de poliacrilamida es deducida de la demora del avance del polmero con respecto al avance del trazador, este ltimo ocurre a 1 volumen poroso inyectado. Otro mtodo de medida de adsorcin toma ventaja de su casi irreversibilidad: el polmero adsorbido no es desorbido luego del lavado posterior con solvente, por lo tanto la cantidad adsorbida ser la cantidad de polmero no restituido. El balance de materia coincide aqu con la adsorcin determinada por el anlisis frontal.Para verificar que el proceso de adsorcin ha sido completado, un segundo tapn de polmero es inyectado. Para el sistema observado, la ruptura del polmero ocurre justo detrs de la del trazador a un volumen poroso, esto significa que una adsorcin mnima adicional ha tenido lugar. La adsorcin tambin puede ser calculada del avance del segundo front breakthrough con respecto al breakthrough del primer frente de polmero. Este mtodo arroja una cantidad de polmero adsorbido de 20,1 para el experimento actual, de acuerdo con los dos mtodos anteriores.

La tabla 3 (referenciada al final), lista para todos los experimentos, los valores de adsorcin obtenidos utilizando estos tres mtodos, en la mayora de los casos, los tres valores no variaron mucho. Estos valores no coincidieron en las siguientes situaciones:1). Situaciones donde el efecto del volumen excluido/inaccesible (para el polmero) indujeron un avance del polmero (con respecto al trazador) no despreciable en comparacin con el retardo inducido por la adsorcin. Esto ocurre para los experimentos 16-17 y es discutido en la siguiente seccin. Los efectos de volumen inaccesible tambin son representados en la Fig. 1: la importancia de la difusin del segundo frente de polmero es un efecto cromatografico debido a la deplecin sobre el layer de polmero adsorbido.

2) situaciones de fuerte retencin no adsortiva, por ejemplo donde otros mecanismos de retencin, tales como entrampamiento mecnico en los poros ms pequeos, fueron eficaces y representaron una significante fraccin total de la retencin del polmero. Esto ocurri en los sistemas de menor permeabilidad o sistemas ms adsortivos (Expts. 7, 11, 24 y 25): las curvas de polmero efluente tienen algunos rasgos caractersticos que sern discutidos posteriormente. En tales circunstancias, la adsorcin pura es el mejor aproximado para la demora del breaktrought del polmero.3) situaciones donde los procesos de adsorcin fueron lentos en comparacin al tiempo de residencia del polmero en el ncleo. Tales efectos cinticos fueron sin embargo limitados: cuando fuera que un segundo bache de polmero fuera inyectado, el rompimiento de polmero ocurra a cerca de 1 VP, lo que significa que el proceso de adsorcin haba sido casi completo a la primera inyeccin.En la bsqueda de la simplicidad, los datos efluentes correspondientes nicamente a la primera inyeccin del polmero se dan en la mayora de las figuras. Adems de eso, las concentraciones de polmero son representadas como funcin de (V-VP)Co/S (en lugar de V, el volumen inyectado), lo cual es la cantidad de polmero retenido en el ncleo por gramo de adsorbente. Esta representacin permite experimentar con pequea diferencia los volmenes porosos VP, concentracin de alimentacin del polmero Co o peso del adsorbente S para ser comparados directamente.NUCLEOS HIDROFOBICOS E HIDROFILICOSLas medidas de adsorcin descritas y discutidas en esta seccin fueron obtenidas de experimentos de inyeccin usando medios porosos libres de aceite (100 % saturados con salmuera).Poliacrilamida Neutra (PAM)La figura 1 y 3 ilustran el efecto de la hidrofobicidad del sustrato en la adsorcin del PAM. Estas figuras corresponden a la inyeccin de un bache de PAM a 200 ppm en un medio poroso compuesto por SiC y partculas de SiC tratadas con silane respectivamente: un aumento de 7 veces en la adsorcin, de 20-22 a 150-160 fue medida. Una fuerte retencin no adsortiva ocurri en la ltima inyeccin, lo cual se puede afirmar debido a que las concentraciones efluentes tuvieron un gradual acercamiento a la concentracin de alimentacin (concentracin de entrada). Este efecto fue ms pronunciado en arenas hidrofbicas C de menor permeabilidad.

Esta figura muestra una caracterstica tpica de la fuerte retencin no adsortiva: la concentracin del polmero efluente se incrementa abruptamente cuando el flujo fue detenido y entonces continuado.Para las arenas de mayor permeabilidad E, la informacin del efluente no mostro ninguna retencin no adsortiva (Fig. 5). La informacin demostr un incremento en la adsorcin de la PAM tanto para la arena hidrofilica (32 ) como para la arena hidrofbica (56 ). Los siguientes experimentos mostrados en esta seccin fueron llevados a cabo en la arena E.

Poliacrilamida anionica (HPAMs)Una tendencia similar fue observada para polmeros HPAM en salmueras de alta salinidad (100 g/l Nacl) o bajos pH (aprox 4,2): los niveles de adsorcin fueron altos e incrementados con superficies hidrofbicas (Expts. 20 30). Como se esperaba, el comportamiento de la HPAM bajo estas condiciones de salmuera, se acerc al de la PAM neutral debido a la carga de seleccin (a alta salinidad) o carga de neutralizacin (a bajos pH).A una salinidad de 20 g/l NaCl, la adsorcin de HPSM cay en el mismo rango para ambos sustratos, hidrofbicos e hidrofilicos. En el caso de HPAM A, la adsorcin se increment muy ligeramente con la hidrofobicidad, de 7-7,5 a 8,5-9,5 (Expts. 13 y 15), mientras que este disminuyo ligeramente para la HPAM B, de 6 a 1,5 (Expts. 16 y 17). La HPAM C (la cual tiene el contenido inico mayos, t=45%) no se adsorbi en la arena tratada con silane, mientras que la adsorcin alcanzo 8 en la arena de cuarzo Berea (Expts. 19 y 18). Una tendencia diferente fue por lo tanto observada cuando interacciones electroestticas fueron significativas (a moderadas salinidades y alto contenido de polmero inico): la adsorcin fue ms fuerte en los sustratos hidrofilicos (cuarzitidicos).Vale la pena mencionar los datos de produccin para HPAM B en una salmuera de 20 g/l NaCl (Fig. 6)

El primer breakthrough) de polmero ocurre ligeramente antes de 1 VP, mientras que en el segundo breakthrough ocurre ligeramente despus de 1 VP: la deplecin sobre el layer de polmero adsorbido induce un avance frontal (segundo frente) que no es despreciable en comparacin con el retardo inducido por la adsorcin (primer frente). Aunque es difcil de extraer una figura precisa de esta informacin, los tres mtodos descritos antes para la determinacin de la adsorcin, todos sugieren que la adsorcin fue mejor en los ncleos tratados con silane. Hay que sealar que estos resultados concuerdan con los estudios recientes de Cohen y Christ para el mismo polmero (P700, 20 g/l NaCl) y sustratos similares.Curiosamente, los valores anteriores para la adsorcin sobre la arena cuarcita se comparan bien con los obtenidos en el mismo sustrato a partir de experimentos en tubos de ensayo por el mtodo de agotamiento convencional. En particular estos incrementos en la adsorcin del HPAM con salmuera salada y acida fue recuperada en experimentos con inyeccin en ncleos.PolisacridosLas adsorciones de Scleroglucan y xhantan se encontraron un gran incremento en sustratos tratados con silane, de 22 a 110 para scleroglucan y de 11 a 73 para xhantan en salmueras de 20 g/l NaCl (Expts. 24 a 27).DISCUSION De esta serie de experimentos comparativos, parece que la adsorcin para polmeros EOR solubles en agua, en sustratos hidrofbicos es significativa y en muchas casos mayor (mientras se tenga el mismo orden de magnitud) que la adsorcin de sustratos hidrofilicos. La adsorcin de HPAM incrementa con la salinidad de la salmuera y la acidez para ambos sustratos, hidrofbicos e hidrofilicos. La adsorcin de HPAM sigue diferentes tendencias como una funcin de la hidrofobicidad del sustrato, dependiendo en si las interacciones electroestticas son significativas (a lo suficientemente bajas salinidades y pH normales) o no (a altas salinidades o bajos pH). A altas salinidades y bajo pH, el comportamiento de la adsorcin de HPAM en ambos sustratos se asemeja al de la poliacrilamida neutra PAM.Estos resultados anteriores sugieren que la adsorcin del polmero en sustratos hidrofbicos (y particularmente en el aceite) es significativa y no puede ser pasada por alto.NUCLEOS 100% SATURADOS CON SALMUERA vs. NUCLEOS SATURADOS CON ACEITE (RESIDUAL)Esta seccin describe una serie de experimentos de inyeccin conducidos en medios porosos a saturacin de aceite residual y los compara con los experimentos de inyeccin en medios similares libres de aceite. El procedimiento para dejar el ncleo en saturacin residual es el siguiente. El ncleo es primero saturado con salmuera, entonces lavado con aceite, luego con salmuera a altas tasas de flujo (velocidades frontales correspondientes a 10 m/da): por lo tanto el aceite residual no es desplazado por el subsiguiente polmero inyectado a bajo caudal.Medio poroso mojado por aceiteLas figuras 7 y 9 ilustran el efecto del aceite residual en la retencin de polmero (PAM) en ncleo mojado por aceite, y tratado con silane. En presencia de aceite, la adsorcin se disminuye considerablemente, por factores variando entre 2 a 5. El decremento ms marcado fue obtenido en el medio poroso (sand E) donde la saturacin residual de aceite ms alta fue de Sor (=0,19), en la cual la adsorcin descendi de 56 a 10-11 en presencia de aceite.Fig. 7

Fig. 9

Medio poroso mojado por aguaUn efecto diferente fue observado en medios silicos, mojado por agua. En presencia de aceite, se encontr un ligero incremento de la adsorcin. El incremento ms fuerte, de 33 a 43 , fue obtenido para la PAM en la arena C con Sor = 0,19 (Fig. 10), y para la HPAM en la arena E con Sor=0,2 de 7,5 a 10 (Expts 13 y 14). Un aumento discreto fue encontrado en SiC, de 20-22 a 22-24 (Expts. 5 y 6).

DiscusinLos resultados obtenidos pueden ser entendidos cualitativamente a partir de una evaluacin de las interfaces accesibles al polmero en el espacio poroso.1) En arenas empacadas fuertemente mojadas por aceite, el aceite residual cubre la superficie solida con una pelcula mojando y/o forma estructuras pendulares entre los granos adyacentes (Fig. 11). Adems, irregularidades en la superficie de los granos son suavizadas por la pelcula de aceite. En consecuencia el rea interfacial aceite/agua es mucho ms pequea que la superficie slida, por lo tanto explicando el gran descenso en la adsorcin observada. (Se asume aqu que las adsorciones en el aceite y las arenas tratadas con silane son comparables, lo que parece razonable en el aceite escogido, dodecano, es qumicamente muy similar a la cadena de alcano injertada en la superficie de los granos de silicio). 2) En ncleos mojados por agua, el aceite residual existe como gotitas atrapadas dentro de los grandes poros (Figura 11), por lo tanto, se ofrece una superficie de adsorcin mayor para el polmero. Una estimacin aproximada de esta rea interfacial adicional agua/aceite Aow es obtenida de un argumento simple unidimensional:

Siendo Aws el rea superficial solida; C puede ser igual a 1 si las gotas de aceite y los granos fueran homotticas. En realidad las gotas de lquido (aceite) tienen relaciones superficie/volumen menores que las relaciones superficie/volumen de los granos, de ah que C