17 enero 2009

Fundamentos de la mojabilidad
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El desempeño de un yacimiento se ve afectado por el hecho de que la roca sea mojable preferencialmente por agua o por petróleo, particularmente en las técnicas de inyección de agua y recuperación mejorada del petróleo. Suponer que una formación es mojada por agua equivocadamente puede producir daños irreversibles en el yacimiento. Por lo tanto la correcta comprensión de esta propiedad es fundamental para la optimización de la recuperación de hidrocarburos.

La mojabilidad es la preferencia de un sólido por estar en contacto con un fluido en lugar de otro. Una gota de un fluido preferentemente mojante va a desplazar a otro fluido dispersándose por la superficie, por el contrario un fluido no mojante formará gotas, disminuyendo su contacto con la superficie del sólido. El equilibrio de estos casos creará un ángulo de contacto θ entro los fluidos e la superficie, que está determinado por el equilibrio de fuerzas resultante de la interacción de las tensiones 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 el espacio poroso, es decir el estado de saturación de la roca; sino que determina cuál es la preferencia del sólido a ser mojado por cierto fluido cuando el fluido esté presente. Por lo tanto una superficie mojable 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 constituyentes primarios de estas rocas son el cuarzo carbonato y dolomía, y son mojables por agua antes de la migración de petróleo. Para los materiales que exhiben una mojabilidad heterogénea, es decir que puede abarcar desde los extremos mojable por agua y mojable por petróleo, se utiliza el término mojabilidad ‘mixta’, siempre que se diferencie de la mojabilidad intermedia, donde el sólido no posee una preferencia marcada por un fluido respecto del otro.

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


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

La mojabilidad afecta el desempeño de los proyectos de inyección de agua, lo que también puede implicar una inversión inicial significativa. la irrupción de agua tiene lugar en las etapas tardías de un proceso de inyección de agua, y se produce más petróleo antes de que irrumpa el agua en un yacimiento mojable por agua que en un yacimiento mojable por petróleo. Incluso en un yacimiento de gas, la mojabilidad o su alteración pueden afectar la recuperación porque la obturación de los poros en las vecindades del pozo producto de la formación de condensado disminuye la productividad de gas. Por esto algunos métodos de recuperación utilizan productores químicos para modificar la mojabilidad 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 estudian la resistividad utilizan un trayecto eléctrico continuo a través de las rocas. En una formación mojada por petróleo el agua podría no encontrarse en fase continua. La ecuación de Archie, que relaciona saturación de agua con resistividad posee un exponente de saturación n aproximadamente igual a 2 para formaciones mojables por agua y un exponente n mayor que 2 en formaciones mojables por petróleo. No considerar la mojabilidad de la formación estudiada causará una evaluación incorrecta de la saturación a partir de las resistividades.

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

A medida que se explota un yacimiento, la declinación de la presión o la temperatura puede afectar la composición del crudo provocando la condensación y depositación de asfaltenos, formación de parafina, condensación de gas, formación de casquete de gas, todos procesos que afectan la distribución 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 que no pueden ser invadidos por el petróleo, colocando el petróleo en los poros más grandes. Durante la explotación ambas fases son continuas, aunque hacia el tope de la zona de transición, donde la saturación de agua es muy baja o igual a la irreducible, la permeabilidad relativa al agua Krw puede ser nula y la permeabilidad relativa al petróleo Kro elevada pero en disminución de acuerdo a la saturación de petróleo decreciente.

Debido a que durante la producción el agua ocupa cada vez gargantas de poros anteriormente ocupadas 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 la presión capilar de entrada a la garganta.

Mojabilidad mixta

Actualmente muchos especialistas consideran que la mayoría de los yacimientos de hidrocarburos tienen condiciones de mojabilidad mixta. Es probable que el petróleo haya migrado hacia una formación 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 sin entrar en contacto con el agua connota, dejando un intermedio de hidrocarburo adherido por la mojabilidad preferente hacia el petróleo. La permeabilidad relativa al petróleo Kro disminuye rápidamente ya que los trayectos más permeables se inundan con agua. En estos casos de mojabilidad mixta las pruebas de laboratorio indican que la máxima recuperación del hidrocarburo se consigue para la situación de cuerpos levemente mojables por agua.

Mojabilidad por petróleo

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

Histéresis

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

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

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

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