10/03/13 Ingeniería de Yacimientos: Fundamentos de la mojabilidad

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17 enero 2009

Fundamentos de la mojabilidad

El desempeño de un yacimiento se ve afectado por el hecho de que la roca sea mojablepreferencialmente por agua o por petróleo, particularmente en las técnicas de inyección de agua yrecuperación mejorada del petróleo. Suponer que una formación es mojada por aguaequivocadamente puede producir daños irreversibles en el yacimiento. Por lo tanto la correctacomprensión de esta propiedad es fundamental para la optimización de la recuperación dehidrocarburos.

La mojabilidad es la preferencia de un sólido por estar en contacto con un fluido en lugar de otro. Unagota de un fluido preferentemente mojante va a desplazar a otro fluido dispersándose por lasuperficie, por el contrario un fluido no mojante formará gotas, disminuyendo su contacto con lasuperficie del sólido. El equilibrio de estos casos creará un ángulo de contacto θ entro los fluidos e lasuperficie, que está determinado por el equilibrio de fuerzas resultante de la interacción de lastensiones interfaciales.

Gota de petróleo -verde- en una superficie sólida mojada por agua -azul- (izquierda), mojada por petróleo (derecha) o

con mojabilidad intermedia (centro).

Hay que tener en cuenta que la mojabilidad no es indicador del fluido que se encuentra alojado en elespacio poroso, es decir el estado de saturación de la roca; sino que determina cuál es la preferenciadel sólido a ser mojado por cierto fluido cuando el fluido esté presente. Por lo tanto una superficiemojable por agua puede encontrarse en contacto con hidrocarburo gaseoso o líquido.

Las rocas yacimiento son estructuras complejas porque comprenden una variedad de minerales en su

constitución y cada uno de estos minerales puede tener una mojabilidad diferente. Los constituyentesprimarios de estas rocas son el cuarzo carbonato y dolomía, y son mojables por agua antes de lamigración de petróleo. Para los materiales que exhiben una mojabilidad heterogénea, es decir quepuede abarcar desde los extremos mojable por agua y mojable por petróleo, se utiliza el términomojabilidad ‘mixta’, siempre que se diferencie de la mojabilidad intermedia, donde el sólido no poseeuna preferencia marcada por un fluido respecto del otro.

Debido a que en el yacimiento fluyen varias fases es necesario conocer la mojabilidad para optimizarla productividad y el recobro. La mayoría de los yacimientos son mojables preferentemente por aguaantes de la migración del hidrocarburo, y exhiben una zona de transición donde cambia de unasaturación cien por ciento de agua en la base a una saturación de agua irreducible en el tope de lazona. Esta distribución de saturaciones está gobernada por la diferencia de presión denominadapresión capilar, basada en la flotabilidad entre las fases de petróleo y agua. En un yacimiento mojablepor petróleo la invasión de hidrocarburo tiene mayor facilidad por lo que la saturación de petróleo esmáxima hacia la base.

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Las capas de las formaciones pueden exhibir distintas mojablidades a causa de las diferenciaslitológicas. Esta heterogeneidad afecta la recuperación, pues se obtiene menor volumen de petróleo apartir de capas mojables por petróleo, debido a que el petróleo se adhiere a las superficies. Tambiénafecta los valores de las permeabilidades relativas al petróleo y al agua porque varían según lamojabilidad de la formación.

La mojabilidad afecta el desempeño de los proyectos de inyección de agua, lo que también puedeimplicar una inversión inicial significativa. la irrupción de agua tiene lugar en las etapas tardías de unproceso de inyección de agua, y se produce más petróleo antes de que irrumpa el agua en unyacimiento mojable por agua que en un yacimiento mojable por petróleo. Incluso en un yacimiento degas, la mojabilidad o su alteración pueden afectar la recuperación porque la obturación de los porosen las vecindades del pozo producto de la formación de condensado disminuye la productividad degas. Por esto algunos métodos de recuperación utilizan productores químicos para modificar lamojabilidad en las vecindades del pozo para producir el petróleo y eliminar la obstrucción.

Los métodos de perfilaje de pozos también depende de la mojabilidad. Por ejemplo, los que estudianla resistividad utilizan un trayecto eléctrico continuo a través de las rocas. En una formación mojadapor petróleo el agua podría no encontrarse en fase continua. La ecuación de Archie, que relacionasaturación de agua con resistividad posee un exponente de saturación n aproximadamente igual a 2para formaciones mojables por agua y un exponente n mayor que 2 en formaciones mojables porpetróleo. No considerar la mojabilidad de la formación estudiada causará una evaluación incorrectade la saturación a partir de las resistividades.

Se muestra que la mojabilidad afecta tanto el recobro, saturaciones e incluso el Studio de losyacimientos a través de algunos métodos de perfilaje. También es necesario conocer cuáles son losparámetros que afectan a una variación de la mojabilidad. Los constituyentes y las condiciones detemperatura y presión de las fases, así como la historia de saturación del yacimiento son vitales. Lacomposición del petróleo es clave para que un yacimiento mojable por agua cambie su condición demojabilidad, ya que cualquier componente hidrófilo e hidrofóbico que la afecte se encontrará en elcrudo.

A medida que se explota un yacimiento, la declinación de la presión o la temperatura puede afectar lacomposición del crudo provocando la condensación y depositación de asfaltenos, formación deparafina, condensación de gas, formación de casquete de gas, todos procesos que afectan ladistribución de la mojabilidad en el yacimiento.

Mojabilidad por agua

Si el agua es la fase con preferencia para mojar se alojará en los espacio porosos más pequeños queno pueden ser invadidos por el petróleo, colocando el petróleo en los poros más grandes. Durante laexplotación ambas fases son continuas, aunque hacia el tope de la zona de transición, donde lasaturación de agua es muy baja o igual a la irreducible, la permeabilidad relativa al agua Krw puedeser nula y la permeabilidad relativa al petróleo Kro elevada pero en disminución de acuerdo a lasaturación de petróleo decreciente.

Debido a que durante la producción el agua ocupa cada vez gargantas de poros anteriormenteocupadas con petróleo es posible que un grupo de poros que contenía petróleo quede desvinculado,atrampando volúmenes de petróleo y anulando su movilidad si la presión de drenaje no supera lapresión capilar de entrada a la garganta.

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Mojabilidad mixta

Actualmente muchos especialistas consideran que la mayoría de los yacimientos de hidrocarburostienen condiciones de mojabilidad mixta. Es probable que el petróleo haya migrado hacia unaformación mojable por agua y modifique desde allí la mojabilidad en las superficies de contacto.Durante la producción, el agua va ocupando el centro de los espacios porosos más grandes, pero sinentrar en contacto con el agua connota, dejando un intermedio de hidrocarburo adherido por lamojabilidad preferente hacia el petróleo. La permeabilidad relativa al petróleo Kro disminuyerápidamente ya que los trayectos más permeables se inundan con agua. En estos casos demojabilidad mixta las pruebas de laboratorio indican que la máxima recuperación del hidrocarburo seconsigue para la situación de cuerpos levemente mojables por agua.

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Mojabilidad por petróleo

El caso extremo de una formación completamente mojable por petróleo es prácticamente improbable amenos que la formación sea su propia roca generadora. Allí el kerógeno y el proceso de maduracióndel petróleo pueden producir superficies de contacto del poro con mojabilidad preferente por petróleo.

Histéresis

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El fenómeno de histéresis en las curvas de permeabilidad relativa y presión capilar en función de lasaturación consiste en la variación de dicha curva para los procesos de imbibición y drenaje. Estorefleja la diferencia de los ángulos de contacto con la superficie que corresponden tanto al avance yal retroceso del agua, así como al ocupamiento de los espacios porosos de distinto tamaño porpetróleo y agua en la historia de saturación.

La mojabilidad se determina a menudo a partir del estudio de otras propiedades. Los materialesfuertemente mojables por agua y fuertemente mojables por petróleo poseen curvas características depermeabilidad relativa en función de la saturacion, pero los estados de mojabilidad intermedia y mixtason casos más complejos. El carácter de la mojabilidad varia con el tamaño de los poros, pero lamicroporosidad suele permanecer mojable por agua, por lo tanto el estudio de la microporosidad y lafracción que representa resulta determinante en formaciones con distribución compleja de lamojabilidad.

Referencias: Oilfield Review, Summer 2007. Fundamentals of wettability.

Publicado por José Miguel Nava Zender en 23:51

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