Aunque parecen burbujas, son las nanopartículas de sílice en el nanofluido diseñado para evitar la formación de asfaltenos. imagen: cortesía Farid B. Cortés

Desde 2012, su aplicación, por primera vez en el mundo, aumentó en un millón de barriles la producción en cuatro yacimientos de Colombia.

Imagine por un momento que un yacimiento petrolífero es como el cuerpo humano, y que el crudo que de este se extrae es como la sangre que circula, pero cuando no es del todo pura, es decir cuando se incrementan los niveles de colesterol “malo”, por ejemplo, su acumulación obstruye el paso del flujo sanguíneo. Algo similar sucede con el petróleo, cuyos asfaltenos –compuestos más densos– dificultan la producción, el transporte y la refinación de crudos pesados y extrapesados, que no fluyen con facilidad.

El profesor Farid B. Cortés, del Departamento de Procesos y Energía de la Facultad de Minas de la Universidad Nacional de Colombia (UN) Sede Medellín, afirma que adoptar hábitos saludables ayuda a desbloquear las arterías, pero que en los yacimientos, ubicados a entre uno y tres kilómetros de profundidad, el asunto no es tan fácil.

“Las acumulaciones de asfaltenos sobre superficies de roca y tuberías obligan a realizar estimulaciones con químicos, cuya eficacia dura apenas cuatro meses; es como si cada cuatro meses usted tuviera que practicarse una cirugía a consecuencia de los problemas de colesterol”.

Según el Ph. D. en Ingeniería, el método más usado es contaminante porque los químicos para producir las estimulaciones en los yacimientos son surfactantes aplicados con frecuencia para lavar platos y ropa, además de diluyentes derivados del petróleo, los cuales afectan algunas aguas. Su aplicación requiere diseñar un proceso que demanda energía, por lo que entre más frecuentes sean las aplicaciones, más se incrementa la huella de carbono (emisión de gases efecto invernadero).

Habitualmente se piensa que el petróleo se encuentra debajo de la superficie terrestre en depósitos cavernosos donde reposa; sin embargo esta idea no corresponde a la realidad: está almacenado en rocas que poseen poros de tamaño microscópico, conocidas como “rocas de yacimiento”. Para que la producción se dé, el crudo debe fluir, primero, a través de estos poros, y por el pozo, ayudado por diferencias de presión entre el yacimiento y la superficie.

En la búsqueda de procesos más eficientes para la extracción de crudo, en el Laboratorio de Fenómenos de Superficie investigadores de la UN Sede Medellín –con la coordinación del profesor Cortés– diseñaron los primeros nanofluidos que se inyectan en el mundo para inhibir el daño de la formación de asfaltenos.

Se trata de nanopartículas de sílice cuyo uso no solo está optimizando la extracción de petróleo en el país, sino que además tienen una eficacia de hasta 18 meses. Por el momento estas partículas, similares a arena diminuta, han sido probadas en los yacimientos de los campos Cupiagua y Cupiagua Sur, ubicados en los límites con Venezuela.

Al respecto, Richard Zabala, especialista en daño de formación y estimulación de yacimientos de Ecopetrol S.A., señala que gracias a su acción ha habido una producción adicional de un millón de barriles de crudo desde finales de 2012.

El especialista afirma que “es la primera experiencia de aplicación de nanofluidos in situ, pues lo común es que se haga en laboratorio, lo cual representa un hito en la industria petrolera que tiende a ser conservadora por los altos costos que implican los procesos”.

Capacidad de adsorción

El profesor Cortés explica que la posibilidad de usar nanomateriales radica en que aquellos con alta capacidad de adsorción (utilizados para eliminar individualmente los componentes de una mezcla gaseosa o líquida) tienen la capacidad de capturar rápidamente los asfaltenos del crudo, aún más que la roca, gracias al tamaño de su grano, área superficial y composición mineral, lo cual mejora su movilidad en el yacimiento.

“El diámetro de una nanopartícula varía entre 1 y 100 nanómetros, lo que permite un flujo adecuado de ella a través de los poros de los yacimientos, facilitando el tratamiento dentro del medio poroso. En ese sentido, pueden adsorber asfaltenos y adsorberse en la superficie de la roca retrasando la precipitación de estos por cambios en la presión, la temperatura y la composición”, indica el investigador.

De esta manera, y con el fin de determinar si la superficie de una roca porosa dañada por asfaltenos –humectable al petróleo– puede ser reparada con nanopartículas de sílice, fue necesario preparar las muestras de roca y dañarlas, pues estas son las condiciones en que se encuentran en el yacimiento.

Para ello se diseñó un proceso geoquímico en el que se usaron roca y salmuera de formación (agua con sales). Gracias a este se comprendió la interacción de los asfaltenos con los otros elementos, y así se pudo formular la inhibición de la precipitación y el depósito de estos.

La siguiente etapa consistió en probar la adsorción de las nanopartículas. En el proceso primero se analizaron en el Laboratorio las interacciones fluido-fluido y fluido-roca, y después se pasó a la simulación experimental en un yacimiento emulando las características que este tiene, como presiones y temperaturas.

“Como no podemos probar en yacimiento porque los costos son muy elevados, realizamos este experimento, para el que fue necesario un aseguramiento (garantía) de flujo (del petróleo)”, indica el profesor Cortés, quien agrega que también se aplicó una prueba de desplazamiento para evaluar la perdurabilidad y la movilidad del petróleo adentro, y así determinar la viabilidad de las nanopartículas.

La prueba de inyección del tratamiento se hizo en un pozo cuya presión del fluido está alrededor de los 5.000 PSI (unidad de presión cuyo valor equivale a 1 libra por pulgada cuadrada), o a 357 atmósferas (unidad de medida equivalente a la presión que ejerce la atmósfera terrestre sobre el nivel del mar).

En cuanto al comportamiento de la cantidad de asfaltenos adsorbidos en las nanopartículas en función del tiempo, se observó que con el sílice este se alcanza para todas las concentraciones de dichas fracciones más densas de petróleo, 90 minutos después de que ambos compuestos entran en contacto, lo cual evidencia su eficacia.

El uso de nanopartículas de sílice representa una oportunidad de incrementar la extracción de crudos pesados, que en Colombia representan el 55 % de su producción, lo cual obliga a provechar al máximo los yacimientos.