El auge de los polímeros naturales en la industria del petróleo y el gas: una guía

La industria del petróleo y el gas es conocida por su gran dependencia de materiales sintéticos; sin embargo, un movimiento creciente está cambiando la forma en que abordamos esta industria.

Hoy, hablemos de polímeros naturales para aplicaciones en la industria del petróleo y el gas. Están ganando terreno rápidamente. ¿Qué está impulsando este cambio y por qué debería prestar atención?

He pasado años en este campo y lo que he visto es emocionante. Los polímeros naturales no se limitan a ser “ecológicos”, sino que ofrecen ventajas prácticas reales que están revolucionando las cosas.

En este artículo, analizaré por qué se está produciendo el cambio hacia los polímeros naturales para las operaciones de la industria del petróleo y el gas, el interesante potencial que encierran y cómo podría ser el futuro para este importante campo.

Índice:

El auge de los materiales poliméricos naturales
Conclusión

El auge de los materiales poliméricos naturales

¿Por qué tanto revuelo en torno a los materiales poliméricos naturales?

Porque existe un reconocimiento cada vez mayor de que la industria del petróleo y el gas necesita volverse más sostenible.

No se trata sólo de imagen pública; se trata de una verdadera ventaja comercial. ¿Qué he presenciado de primera mano?

Las empresas que buscan una menor huella medioambiental están descubriendo una mina de oro en estos materiales naturales.

Es más, los polímeros naturales suelen funcionar igual de bien, si no mejor, que sus homólogos sintéticos.

¿Qué son exactamente los materiales poliméricos naturales?

Podemos obtener estos polímeros naturales de varias fuentes, como materia vegetal o animal, en lugar de producirlos a partir de combustibles fósiles como la mayoría de los polímeros sintéticos.

Muchos expertos coinciden en que el uso de polímeros naturales para aplicaciones de la industria del petróleo y el gas desempeñará un papel importante en el cumplimiento de los objetivos de sostenibilidad de la industria.

Son excelentes sustitutos en aplicaciones que actualmente utilizan polímeros sintéticos.

Esto incluye actividades como fluidos de perforación, recuperación mejorada de petróleo, control de conformidad y tratamiento de agua producida.

Polímeros naturales versus polímeros sintéticos en la industria del petróleo y el gas

La industria del petróleo y el gas utiliza polímeros en varias aplicaciones.

Una de estas aplicaciones es la separación de sólidos suspendidos, trazas de hidrocarburos y otros contaminantes del agua producida en operaciones de yacimientos petrolíferos.

Quizás los conozcas como floculantes o coagulantes. Reúnen estos contaminantes para facilitar su eliminación del agua.

Hay dos tipos principales de polímeros: naturales y sintéticos.

Los polímeros sintéticos se fabrican a partir de productos derivados del petróleo. Los polímeros naturales provienen de la naturaleza. Piense en cosas como plantas o vida marina.

Sin embargo, existen algunos problemas con los polímeros sintéticos convencionales y las sales metálicas como la poliacrilamida y el polidadmac.

Pueden ser perjudiciales para el medio ambiente y, en muchos casos, no se descomponen en la naturaleza.

Este es un tema importante porque queremos proteger los ecosistemas en los que vivimos.

Sin embargo, los polímeros naturales son diferentes. Son mejores para el medio ambiente porque se derivan de la naturaleza y, por lo general, se descomponen naturalmente con el tiempo.

Un polímero natural que recibe mucha atención se llama Zeoturb. Es un floculante bioorgánico líquido sostenible. Se deriva de la vida marina y es realmente bueno para unirse con trazas de petróleo y otros contaminantes que los operadores de petróleo/gas no quieren en sus aguas.

Ayuda como parte de un proceso de tratamiento de varios pasos a remediar el agua para su reutilización o descarga sostenible.

Aplicaciones de polímeros naturales en la industria del petróleo y el gas

Los polímeros naturales están ganando mucha atención en la industria del petróleo y el gas debido a sus propiedades respetuosas con el medio ambiente y sus aplicaciones versátiles.

En la etapa de producción, estos polímeros se utilizan como aditivos para fluidos de perforación, lo que ayuda a controlar la viscosidad, reducir la pérdida de fluido y mejorar la estabilidad del pozo. También sirven como lubricantes eficaces, reduciendo la fricción durante las operaciones de perforación y minimizando el desgaste de los equipos.

Además, los polímeros naturales se emplean en técnicas de recuperación mejorada de petróleo (EOR), donde actúan como agentes espesantes para mejorar la eficiencia del barrido y aumentar la producción de petróleo en campos maduros.

Durante las operaciones de procesamiento, los polímeros naturales desempeñan un papel crucial en varios procesos de separación.

Se utilizan como desemulsionantes para descomponer las emulsiones de petróleo y agua, facilitando la separación del petróleo del agua en los fluidos de producción.

Estos polímeros también encuentran aplicaciones en el procesamiento de gases, donde actúan como inhibidores de hidratos, previniendo la formación de hidratos de gas que pueden bloquear tuberías y equipos.

Además, los polímeros naturales se utilizan en el transporte por tuberías, sirviendo como reductores de arrastre para mejorar la eficiencia del flujo y reducir los costos de bombeo.

En el tratamiento del agua producida, polímeros naturales como Zeoturb Se han convertido en floculantes y coagulantes eficaces. Ayudan a eliminar sólidos suspendidos, gotas de aceite y otros contaminantes del agua producida, lo que permite un tratamiento y reciclaje del agua más eficiente.

Estos polímeros también pueden actuar como inhibidores de incrustaciones y corrosión, previniendo la formación de depósitos minerales en equipos de tratamiento y tuberías.

El uso de polímeros naturales en el tratamiento del agua producida no solo mejora la calidad del agua para su reutilización o eliminación, sino que también ayuda a las empresas de petróleo y gas a cumplir con regulaciones ambientales y objetivos de sostenibilidad cada vez más estrictos.

Formulación de fluidos de perforación utilizando materiales bioderivados

En las operaciones de campos petroleros, el fluido de perforación juega un papel vital; sin embargo, este "lodo" (como lo llamamos a menudo en el sitio) presenta un desafío: los productos químicos necesarios para un lodo de perforación eficaz a menudo plantean peligros ambientales.

Ahora bien, los fluidos de perforación son complejos, contienen muchas cosas; no sólo sirven para lubricar y enfriar la broca, sino también para eliminar cortes de los pozos, mantener el control de la presión y estabilizar el pozo.

Durante años hemos utilizado una gran cantidad de productos químicos sintéticos para hacer todo esto, lo que resulta costoso.

¿Cuál es el mayor problema que he visto? Cuando tienes un proyecto en un área ecológica sensible, usar esos fluidos convencionales simplemente no es factible.

¿La solución? Una clase de fluidos de perforación a base de agua llamados lodos a base de agua (WBM). Si bien algunos todavía usan aditivos como la poliacrilamida parcialmente hidrolizada, los polímeros naturales ofrecen una mejor opción en estos casos, de los que hablaré en la siguiente sección.

Perforación sobreequilibrada versus perforación subequilibrada

Un factor importante a considerar al elegir los fluidos de perforación es la técnica de perforación específica utilizada: Perforación sobreequilibrada (OBD) versus perforación bajo balance (UBD).

La perforación sobreequilibrada significa que se está perforando con más presión de la que produce el yacimiento. Se considera la opción más segura en lo que respecta a la estabilidad del pozo y la gestión de la presión.

Sin embargo, con la perforación desequilibrada, el fluido en el pozo tiene menos presión que la que expulsa la formación.

Esta técnica realmente puede ayudar a mejorar las tasas de producción de los pozos, ya que se obtienen menos obstrucciones en el pozo debido a elementos como los fluidos de perforación.

Sin embargo, la perforación bajo equilibrio requiere un control muy preciso y es complicado hacerlo bien. He trabajado en proyectos que eligieron UBD debido a las sensibles condiciones del yacimiento.

Lo que vi es esto: elegir los fluidos correctos, a menudo basándose en la ubicación del pozo y en regulaciones ambientales específicas, hace o deshace un proyecto de perforación desequilibrado.

Ejemplos de polímeros naturales para la formulación de fluidos de perforación

Numerosos estudios apuntan a diversas aplicaciones en las que los polímeros naturales ofrecen soluciones viables, incluidas las siguientes:

Proteína de soya:

Esta abundante proteína se puede procesar en aislado de proteína de soja (SPI) y se agrega efectivamente al fluido de perforación.

¿Qué tiene de especial esto? En baja concentración, la proteína de soja en el fluido de perforación forma una capa gruesa y porosa llamada torta de filtración, que es ideal en casos donde mantener una presión estable es vital.

Aunque esto puede parecer problemático, en la perforación desequilibrada, donde se necesita una alta permeabilidad y un flujo más rápido, la proteína de soja entra en juego.

Sin embargo, concentraciones más altas producirán una torta de filtración más delgada y menos porosa, perfecta cuando es importante un control más estricto y una menor pérdida de fluido.

Cáscara de arroz:

Este sorprendente material también resulta útil. La cáscara de arroz es única porque tiene polímeros naturales que resisten el agua y es bastante difícil de descomponer.

Esto se traduce en un ingrediente respetuoso con el medio ambiente para mejorar la estabilidad y eficacia de sus fluidos de perforación.

Hoyo de dátiles:

Este subproducto del procesamiento de fechas es una superestrella.

La composición química de los huesos de dátil lo hace excepcionalmente útil.

Piense en el control de la viscosidad, la gestión de la densidad de los fluidos e incluso propiedades térmicas mejoradas.

Tuve la oportunidad de utilizar pozos de dátiles como aditivo y lo sorprendente es que literalmente se pueden ajustar las características del fluido de perforación variando el tamaño y la concentración de las partículas de los pozos de dátiles.

Nuestra experiencia en la concentración puede generar un gran rendimiento para sus operaciones de petróleo/gas.

Semillas de palmera datilera trituradas:

He visto situaciones en plataformas petroleras en las que se encuentran huecos y brechas inesperados en la formación mientras se perfora, esto se llama pérdida de circulación.

Esto provoca una caída repentina en la presión del fluido y puede causar estragos en un proyecto.

Pero las semillas trituradas de palmera datilera funcionan increíblemente bien para tapar esas molestas aberturas y garantizar que puedas seguir perforando sin problemas.

Estas semillas son increíblemente robustas e incluso pueden usarse a temperaturas más altas.

Almidón de yuca:

La elección de la variedad de yuca tiene un profundo impacto. Específicamente, la yuca que tiene altos niveles de amilosa crea un líquido de mayor viscosidad y proporciona un control de la pérdida de líquido muy necesario.

Recuerdo una situación en la que uno de nuestros clientes estaba lidiando con arcillas de formación problemáticas que seguían queriendo hincharse y obstruir el pozo.

Tienes que asegurarte de que el fluido fluya para que la operación de perforación se realice sin problemas, pero con tantos diluyentes químicos agresivos disponibles, puede ser una situación complicada.

Pero algunos polvos específicos de almidón de yuca funcionaron.

Carboximetilcelulosa (CMC), goma guar y almidón:

La combinación de carboximetilcelulosa, goma guar y almidones específicos proporciona una excelente solución multifacética que cumple todos los requisitos para el rendimiento del lodo de perforación de petróleo y gas.

Polímeros naturales para la recuperación química mejorada de petróleo (cEOR)

Cuando hablamos de producción de petróleo, existen métodos de recuperación primarios, secundarios y terciarios.

Pero en el que nos centraremos aquí es en la recuperación química mejorada de petróleo (cEOR), a menudo abreviada simplemente como EOR.

Una vez que se ha aprovechado el flujo inicial de un yacimiento, se necesitan estrategias adicionales, ahí es donde se utiliza esta técnica terciaria.

Una de estas técnicas químicas de EOR es la inundación de polímeros, que en los últimos años ha sido ampliamente utilizada por gigantes de la industria como Saudi Aramco y Exxonmobil.

Básicamente, implica inyectar fluidos especiales en un pozo para obtener el petróleo crudo restante que los métodos de recuperación iniciales no pudieron obtener, como se muestra a continuación:

Método	Descripción	Beneficio	Materiales	Challenges
Inundación de surfactante	Usar sustancias que reducen la tensión superficial (surfactantes) para ayudar a despegar el petróleo de la roca en un yacimiento.	Reduce la “pegajosidad” del aceite. Permite que se mueva más libremente para ser extraído.	Surfactantes, cosurfactantes	Encontrar tensioactivos compatibles, estables y eficientes para diversas condiciones de yacimiento. Este método suele funcionar mejor junto con la inundación con polímeros para una recuperación ideal.
Inundación de polímeros	Agregar moléculas de cadena larga para hacer que el agua que inyectamos sea más espesa o para desplazar el petróleo bloqueando ciertas rutas de flujo en el depósito, para que fluya hacia donde queremos.	Aumenta la viscosidad del agua para un empuje más uniforme y eficaz del aceite.	Poliacrilamida parcialmente hidrolizada, polisacáridos (goma xantana), polímeros de base biológica, polietilenglicol.	Degradación de los polímeros a altas temperaturas del yacimiento, lo que lleva a una menor recuperación. Este proceso puede ser costoso de ejecutar y requiere bastante tiempo para obtener un retorno de su inversión que valga la pena.
Inundación alcalina	Inyectar una sustancia alcalina (o “básica”), como carbonato de sodio o hidróxido de sodio en el depósito.	Puede ayudar reaccionando con algunos componentes del petróleo crudo. Este proceso creará jabones que actúan como tensioactivos naturales y reducirán la tensión superficial, lo que ayudará a que el aceite fluya más fácilmente.	Carbonato de sodio, hidróxido de sodio	Las inundaciones alcalinas pueden reaccionar de manera impredecible en algunas condiciones del embalse y, a veces, causan más daño de lo que ayudan. ¿Otro inconveniente? Puede ocurrir daño a la formación debido a la precipitación mineral. Al igual que los métodos químicos mencionados anteriormente, la inundación con álcali requiere una implementación costosa.

Desafíos en EOR y alternativas sostenibles

Si bien el principio es bastante sencillo, la EOR química presenta obstáculos prácticos.

¿El Grande? Costo. Requiere muchos recursos. Además, los precios del petróleo tienen cambios bruscos y, a veces, esos polímeros convencionales simplemente se salen del presupuesto.

Si bien esos polímeros sintéticos tradicionales tienen sus puntos fuertes, tienen dificultades cuando se trata de depósitos salados o calientes.

Esos entornos desafiantes simplemente los derriban.

Aquí es donde se pone interesante: durante décadas las empresas han gastado miles de millones de dólares en perfeccionar la química de los polímeros y los tensioactivos, pero ahora los científicos están profundizando en los materiales naturales.

¿Sus ventajas?

Sostenibles, con menos carga ambiental, a menudo funcionan muy bien en esas duras condiciones.

Y muchas veces son mucho más baratos. Suena loco ¿verdad?

Este cambio apenas está comenzando. Echemos un vistazo más de cerca a cómo se está desarrollando la investigación:

Goma de algodón:

Me resulta fascinante que los estudios realizados en lugares como Oriente Medio, donde el clima y las condiciones son increíblemente exigentes, sean pioneros en nuevos enfoques con recursos naturales fácilmente disponibles.

Goma de algodón de la planta. Gossypium herbáceo Los que se encuentran en lugares como Pakistán y otros lugares ofrecen ventajas similares a otros polímeros celulósicos. Sin embargo, también tienen cualidades únicas adicionales además de ser más resistentes a esos depósitos salinos.

Nueces de jabón:

Las nueces del árbol del jabón nos aportan saponinas naturales que pueden actuar como tensioactivos.

Las investigaciones muestran que este extracto de planta fácilmente disponible combinado con goma guar puede impulsar la recuperación de petróleo.

Obtiene menos residuos que gestionar, un menor impacto ambiental y potencialmente menos riesgo de dañar el embalse en comparación con las alternativas sintéticas.

Pozo de citas:

Date Pit no sólo es fantástico para formular fluido de perforación, sino que también brilla como un “agente de control de movilidad”.

Tiene la propiedad única de espesar el agua utilizada en el proceso de extracción.

¿Sabes lo que me encanta de esto?

Simplemente muele esos huesos de dátil, los mezcla con hidróxido de sodio (NaOH) en agua y listo: tiene una solución de bajo costo que puede mejorar la recuperación de petróleo al reducir la tendencia del agua inyectada a evitar áreas ricas en depósitos de petróleo.

Bio tensioactivos de Dátiles:

No nos limitamos al foso cuando se trata de fechas.

¿Qué pasaría si le dijera que podemos crear “compuestos biotensioactivos utilizando melaza residual”?

El fascinante mundo de los microorganismos puede transformar flujos de desechos comunes, que pensábamos que no tenían ningún valor, en productos valiosos como los “biotensioactivos”.

Estos actúan de manera muy similar a los surfactantes químicos convencionales, reduciendo la tensión superficial en un yacimiento, lo que hace que el petróleo salga mucho más eficientemente.

La investigación reciente que se está realizando con “Bacillus subtilis”, una especie de bacteria inofensiva, me parece increíblemente fascinante porque ofrece recuperaciones muy altas a un costo optimizado.

Esto es algo a lo que hay que prestar mucha atención. Esto realmente subraya cuán interconectadas están las cosas.

No estás viendo estas reacciones químicas como cosas completamente separadas.

Control de conformidad en petróleo y gas utilizando polímeros naturales

Has trabajado mucho en un pozo, solo para descubrir que está saliendo demasiada agua.

Es más que un simple desafío de producción. El tratamiento químico del exceso de agua no siempre es viable o rentable, es entonces cuando utilizamos el control de conformidad.

¿Qué es aún peor?

El exceso de agua puede crear una pesadilla de problemas de corrosión. Esto puede arruinar su infraestructura (tuberías, carcasas, lo que sea) sin mencionar que crea problemas con la formación de incrustaciones que pueden paralizar las tasas de producción.

En el pasado, las empresas simplemente se resignaban a construir grandes plantas de tratamiento de agua que pueden resultar costosas.

Pero esto es lo que surgió de años de investigación académica: los materiales de origen natural pueden mejorar nuestras medidas de control de conformidad para abordar estos problemas y mejorar la sostenibilidad de la industria petrolera. Echemos un vistazo más de cerca:

Geles poliméricos:

Uno de los principales métodos que se utiliza para el cierre de agua y gas implica "geles" especiales.

Piense en ellos como un material de obturación que inyectamos estratégicamente.

Estos geles llenan esos vacíos y caminos no deseados para evitar que el agua o el gas tomen un atajo de regreso a su pozo, obligándolos a viajar a través del camino de producción deseado en su yacimiento.

Hidrogeles mejorados con semillas de dátil:

Si le dijera que podemos hacer que Date Pits "sintonice" cómo se endurece nuestro material de obturación, ¿qué diría?

Resulta que mezclar polvo de hueso de dátil natural con polímeros de uso común (a menudo en forma de hidrogeles) mejora drásticamente el rendimiento.

Cierre de gas:

Es emocionante que esta investigación no se limite al agua; algunos investigadores están adoptando un nuevo enfoque para abordar el exceso de gas en la producción.

¿Cómo lo hacemos? Los operadores de petróleo/gas pueden utilizar compuestos Date Pit/polisulfona para controlar el flujo de gas. La polisulfona es conocida por fabricar filtros excelentes: fuertes, robustos y buenos para temperaturas y presiones extremas.

La mezcla de ese polvo de hueso de dátil finamente molido con polisulfona no solo nos proporciona un filtro de bloqueo de gas que es sostenible, sino que mejora significativamente su eficiencia en comparación con los materiales estándar.

Nos ayuda a ser mejores administradores del medio ambiente al reducir nuestra dependencia de productos químicos sintéticos.

Eso realmente me llamó la atención: existe un enorme potencial para una industria de petróleo y gas que pueda optimizar sus operaciones de la manera más sostenible a través de la naturaleza.

Conclusión

Lo fascinante es que durante años los polímeros naturales para aplicaciones en la industria del petróleo y el gas parecían un enfoque “alternativo”.

Como alguien que ha visto las desventajas de los métodos tradicionales convencionales en una amplia gama de condiciones operativas, creo que se están convirtiendo en algo más que algo agradable de tener.

Serán vitales para el éxito y la sostenibilidad a largo plazo de la industria petrolera.

¿Por qué me siento tan seguro de esa predicción?

En pocas palabras, no se trata sólo de salvar el medio ambiente y ser más sostenible: estos materiales poliméricos naturales a menudo superan a las opciones sintéticas estándar en muchos casos.

¿Quiere obtener más información sobre cómo los biopolímeros como Zeoturb pueden ayudar a optimizar sus operaciones de petróleo y gas?

Comuníquese con los expertos en tratamiento de agua y aguas residuales de Genesis Water Technologies, Inc. al 1-321-280-2742 o comuníquese con nosotros por correo electrónico a customersupport@genesiswatertech.com para discutir su solicitud específicaion.